复杂条件下水平矿柱稳定性分析及其开采方案研究

摘要

在地下矿体的开采过程中,出于各种技术原因留下各种类型的矿柱。水平矿柱就是其中的一种典型,其在维护采场的稳定性及控制地压等方面具有重要作用,但是随着矿体的进一步开采,属于薄板结构的水平矿柱可能产生失稳,造成灾变事故,因此,对水平矿柱的稳定性分析及评价对该类型矿山具有参考价值。本文以安庆铜矿1＃矿体-385m中段处于充填体包围,两端受水平应力作用的水平矿柱为工程背景。采用理论分析、现场监测、数值模拟等技术手段对水平矿柱的稳定性状态进行分析,在评价水平矿柱稳定性的基础上对其回采方案进行了初步的研究,本文主要研究内容及结论如下:
　　1、对矿区地质、岩体节理特征、岩体稳定性、地应力做简要的分析。通过室内岩石实验取得了矿区三组主要岩石的力学参数,结合弹性波法、Hoek-Brown法、折减法等对岩体力学的参数进行了工程化处理,得出矿区岩体的力学参数,为后续的理论研究及数值模拟提供可靠数据。
　　2、根据水平矿柱的赋存工程背景,建立其尖点突变力学模型,求解出水平矿柱失稳所需的充要条件,结论得出水平矿柱发生失稳的理论值为零;采用薄板理论及极限抗拉强度准则导出水平矿柱预留厚度和采场跨度之间的关系。
　　3、采用二次应力、位移监测及探地雷达无损探测三种手段对水平矿柱的稳定性状态进行监测。应力监测数据表明西部厚大矿体所对应的水平矿柱范围产生一定的应力集中,两端的应力趋于稳定;位移监测数据变化稳定且绝对值较小,宏观上大规模地压活动不会出现;探地雷达数据显示水平矿柱虽遭受一定破坏,但总体的稳定性良好。
　　4、采用FLAC3D进行数值模型,从位移、应力、塑性区等方面分析矿体的累积回采及下部矿体的回采对水平矿柱造成的力学效应。对水平矿柱的回采方法进行初步选择,并对回采顺序提出了四种方案,通过综合分析四种方案回采后的位移、应力及塑性区等力学特性,得出最优的回采方案为两翼向中间回采的顺序,为矿柱的回采提供了可靠的理论依据。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 论文研究内容、方法及技术路线

第二章 工程概况及岩石力学参数确定

2.1工程概况

2.2 岩石力学参数试验

2.3 岩体力学参数工程化处理

2.4 小结

第三章 水平矿柱稳定性理论分析

3.1水平矿柱失稳模式

3.2水平矿柱尖点突变模型

3.3 水平矿柱预留厚度探讨

3.4 小结

第四章 水平矿柱现场监测及分析

4.1水平矿柱监测目的和方法

4.2水平矿柱二次应力监测

4.3水平矿柱围岩变形监测

4.4探地雷达无损探测

4.5 小结

第五章 水平矿柱稳定性数值模拟及其回采方案

5.1 数值模型建立

5.2 数值模型边界条件及约束

5.3深部开采对水平矿柱影响

5.4 水平矿柱回采方案研究

5.5 小结

第六章 论文结论与展望

6.1 论文主要结论

6.2 论文展望

参考文献

致谢

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