深井矿山盘区隔离矿柱回采方案及数值模拟研究

摘要

长期以来,在岩体稳定性问题的研究中多是依靠经验、半经验的方法分析,一些潜在的不安全因素难以得到揭示。随着工程规模和复杂性的日益增大,这种依靠经验的方法越来越不能适应发展的工程实际需要,难以有效解决岩体工程中的稳定性问题。在岩土和地下工程中,经常遇到的岩石力学问题是需要确定开挖前后的应力和位移及其在开挖过程中的变化,以便为设计和施工提供可靠的定量依据。然而已有的理论往往只能解决圆形或椭圆形等简单孔周应力场和位移场,对于几何形状复杂的孔洞如采场问题只能用数值模拟方法来近似求解。随着计算分析软件的发展数值模拟方法有了显著的进步,已成为岩石力学研究和工程计算的重要手段。
　　 冬瓜山铜矿第三步骤回采隔离矿柱的时候,由于经过前面大规模的第一步骤矿房回采和第二步骤矿柱回采,采矿技术条件已经发生了更本性的变化。首先,隔离矿柱周围的介质由强度很好的矿岩体基本变成了强度较低的尾胶充填体或基本没有强度的尾砂充填体;其次,由于受地压转移效应的影响,隔离矿柱内的应力会明显增大,矿岩体次生节理裂隙可能大量发育(矿岩体原生节理均不发育,平均1条/m);总之,到第三步骤回采隔离矿柱的时候,采矿技术条件比第一步骤回采矿房和第二步骤回采矿柱的时候严重恶化。
　　 本文针对冬瓜山铜矿盘区隔离矿柱回采时围岩力学性质的复杂性,主要研究内容为受大规模采动影响后隔离矿柱开采技术条件的研究,以及隔离矿柱采场合理结构尺寸参数的数值模拟研究。具体内容包括以下几点:
　　 (1)对深井开采岩体破坏机理进行研究,明确岩体破坏的基本方式,然后对岩体破坏判据进行讨论和分析。最后,通过对岩体稳定性的分析,总结出综合考虑极限应力和应变条件,来对地下工程岩体稳定性进行综合评判。
　　 (2)分析冬瓜山铜矿暂留隔离矿柱阶段空场嗣后充填采矿方法的技术与经济条件,分析隔离矿柱回采技术与工艺的复杂性。
　　 (3)通过分析冬瓜山铜矿隔离矿柱回采的各项技术条件,选取影响隔离矿柱回采稳定性的6项因素,按照正交试验的原理,安排8种不同的数值模拟试验方案。
　　 (4)应用FLAC3D软件数值模拟,分析隔离矿柱回采前的开采技术条件,完成对8种方案的模拟试验,并比较各方案条件下的最大应力应变数值和规律,进而分析围岩稳定性状态。然后通过正交分析,得出6项因素对隔离矿柱回采稳定性影响的权重。
　　 (5)根据数值模拟结果正交分析得出的各因素影响权重,结合冬瓜山铜矿开采的技术与经济条件,建议一个隔离矿柱回采结构参数较优的方案。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的来源、研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外围岩稳定性研究现状

1.2.2 采场结构优化数值模拟研究方法

1.3 本文研究内容、方法和思路

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 研究方法和思路

第二章 深井开采岩体破坏机理与理论研究

2.1 概述

2.2 破坏机理

2.3 破坏判据

2.3.1 强度理论

2.3.2 能量理论

2.3.3 损伤理论

2.3.4 突变理论

2.4 岩体稳定性分析

2.5 本章小结

第三章 隔离矿柱回采方法

3.1 矿山地质概况

3.1.1 矿床工程地质特征

3.1.2 矿床水文地质特征

3.2 矿区原岩应力

3.2.1 矿区地质构造应力

3.2.2 矿区原岩应力场分布特征

3.3 采矿方法

3.3.1 采矿方法的选择

3.3.2 盘区布置

3.4 盘区隔离矿柱回采方法

3.4.1 回采技术条件

3.4.2 回采方法

3.4.3 回采顺序

3.4.4 采场的布置形式和结构参数

3.4.5 采准切割工程

3.4.6 底部结构

3.4.7 回采作业

3.5 本章小结

第四章 数值模拟方案

4.1 引言

4.2 FLAC3D软件介绍

4.2.1 FLAC3D软件原理

4.2.2 FLAC3D软件的求解流程

4.2.3 FLAC3D的特点

4.3 力学参数与数值模型

4.3.1 计算岩体力学参数的确定

4.3.2 模型的建立

4.3.3 屈服准则

4.3.4 边界条件与初始条件

4.4 正交试验

4.4.1 影响隔离矿柱回采稳定性因素的分析

4.4.2 正交试验模拟方案

4.5 本章小结

第五章 数值模拟结果及正交分析

5.1 引言

5.2 隔离矿柱回采技术条件分析

5.3 正交试验数值模拟结果

5.3.1 应力分布情况

5.3.2 位移变化规律

5.4 正交分析

5.4.1 各方案数据统计分析

5.4.2 结果分析

5.5 合理结构参数的建议

5.6 本章小结

第六章 隔离矿柱回采优化方案

6.1 引言

6.2 开采条件现场调研

6.3 开采单元(矿块)布置

6.4 回采作业

6.5 本章小结

第七章 结论

7.1 结论

7.2 论文不足

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果