矿柱回收顺序对金属矿采空区稳定性影响分析

摘要

我国国民经济的持续快速发展和矿产资源需求量急剧增多,各种灾害、事故也在随着上升。由于其发生的安全事故具有影响因素多、预见性差、后果严重等特点,造成的人员伤害和相应的经济损失更为巨大。采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”,采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题,人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。于是,在当前的形势下,如何处理采空区这个问题就成为了地下金属矿山可持续发展的瓶颈,而采空区矿柱回收顺序对采空区稳定性又极为重要。
　　本文以东升庙铅锌矿2＃矿体中矿柱回收及采空区处理项目为基石,课题研究的目的是想在东升庙采空区矿柱回收处理研究找到相对安全的回采顺序的方案,并通过开展矿山现场和室内试验研究,采用FLAC3D4.0新版本数值模拟软件对空区处理围岩稳定性进行模拟分析,以便有效地控制地压,预防空区顶板围岩突然冒落造成矿山重大安全事故。本课题研究的内容具体体现在以下三个方面:
　　(1)综合数值模拟与力学分析两种方法,其目的是解决:①采空区形成中其上盘、围岩的稳定性问题;②回采活动对地表的影响③上盘围岩可能的破坏形式等。
　　(2)通过对比模拟和分析,我们主要对900m中段以上9＃矿柱回收过程进行详尽的研究,在9＃矿柱回收过程中,采空区上盘围岩的主要破坏形式主要为剪应力超过屈服极限强度引发的塑性破坏,塑性破坏区域主要分布在采空区上盘围岩下隅角、下盘围岩上隅角及32＃矿柱位置上覆岩层内部的部分区域等。
　　(3)我们对850m水平矿柱回收顺序提出从一端到另一端顺序回采、从两端到中央推进回采、间隔跳采、从中央到两端推进回采技术方案,通过对比分析研究我们初步确定了从中央到两端推进回收的方案。
　　本次采空区处理研究的意义是:在确保采矿安全及矿山持续稳定生产的前提下,使空区预留矿柱进行全部回收,一方面可以提高矿山的矿石回收率和经济效益,另一方面可以保证矿山安全、持续及稳定发展。

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1 绪论

1.1 前言

1.2 FLAC 3D数值模拟技术在采矿工程领域的应用研究

1.3 采空区处理在国内外理论研究现状

1.4 矿山回采顺序研究现状

1.5 课题研究的主要内容

1.6 本课题主要研究方法

2 东升庙铅锌矿地质与开采现状的研究

2.1 矿区地质与水文地质

2.2 矿体特征与围岩

2.3 开采技术条件与开采现状

2.4 本章小结

3 数值模型初始状态分析

3.1 数值模型的建立

3.2 模型计算基本假设

3.3 屈服条件

3.4 岩石力学参数

3.5 边界条件与初始应力

3.6 本构模型计算结果分析

3.7 地下开挖过程的数值模拟研究

3.8 极限自然平衡拱求解

3.9 本章小结

4 900m中段以上8＃、9＃矿柱回收前后的模拟对比分析

4.1 900m中段以上9＃矿柱回采对上盘围岩的影响分析

4.2 900m中段以上8＃矿柱回采前后的围岩稳定性分析

4.3 本章小结

5 矿柱回收顺序的数值模拟研究

5.1 沿矿柱走向纵剖面的分析

5.2 沿8#柱倾向剖面分析

5.3 监测关键点的研究

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

在学研究成果

致谢