软破矿体开采再造空间力学响应模型试验与数值模拟研究

摘要

论文结合“十一五”国家科技支撑计划课题——“高价值软破矿体开采环境再造高效开采综合技术研究”(2006BAB02A02)和中南大学研究生学位论文创新项目——“软破矿体开采再造空间动力学响应及试验研究”(2009ssxt226)，以新疆喀拉通克铜镍矿矿体为工程背景，运用相似材料模型试验和数值模拟，对软破矿体开采再造空间的力学响应进行研究。同时为现场提供参考作用。
　　 本文的研究内容主要包含以下几个方面：
　　 (1)开展矿区工程地质条件调查。获得了包括地应力、工程地质岩组及其参数等资料，为本次模型试验提供详细的各岩层物理力学参数。
　　 (2)确定了相似模型试验中各岩性的配比。以细砂、水泥、石膏、铁粉、锯末和水为配比材料，对不同配比的试样进行了力学测试，并成功的选取了满足相似原理的配比来模拟人工顶板、人工条柱、矿体和上下盘围岩。
　　 (3)以新疆喀拉通克铜镍矿1号矿床试验矿段为原型，对采场的横剖面和纵剖面运用相似材料模型试验，深入分析了深孔诱导崩落开采过程中人工项板、人工条柱和上、下盘围岩力学演化规律。
　　 (4)针对再造空间处于688m阶段到248m阶段的实际情况，对地下结构进行了分级加载的模型试验。确定了高应力条件下地下结构的变形特征和裂纹演化规律。
　　 (5)对纵剖面模型进行了数值模拟，并对计算结果(应力场、位移场、安全系数)进行了详细分析，同时根据纵剖面模型试验的结果，开展相似材料模型试验与数值模拟对比分析。