淄川矿区兴旺与旺达铁矿交界区域开采情况探测及地面沉降稳定性评价研究

摘要

淄川矿区兴旺矿与旺达矿交界区域位于国营黑旺铁矿矿区范围，不仅有持证正常开采的兴旺铁矿与旺达铁矿，而且私营小矿主私开乱挖现象更是严重，此处矿层地下开采情况已经难以统计分析清楚，对该地区人民生命及财产安全造成了严重威胁。为此，本文以淄川矿区兴旺矿与旺达矿交界区域开采情况探测及地面沉降稳定性评价研究为题，开展了如下研究：
　　论文首先分析研究了淄川矿区兴旺矿与旺达矿交界区域地质条件，对该区域范围内采空区分布情况进行实地调查研究，调查结果显示该矿层地下开采情况已经难以统计分析清楚。
　　其次根据研究区域地质条件，选取探地雷达的探测方法对淄川矿区兴旺矿与旺达矿交界区域范围内的地下开采情况进行了探测，对探测资料进行分析研究，共计发现地下采空区28处，大部分位于民房下部，严重威胁人民生命财产安全。
　　再者借助ANSYS模拟软件对深部矿层不同开采方式、不同开采情况、岩层有无断裂等多种力学计算模型条件下的应力位移进行数值模拟计算分析。数值模拟结果显示地面下沉值随着开采房宽的加大呈增大的趋势；浅部囊状矿体的开采在其上覆地层完整无断裂的条件下对地面的影响也不是太大；在相同开采条件下，当上部有断裂存在时地表下沉值较无断裂时增大；在相同开采条件下随着断裂带内摩擦系数增大地表下沉值减小。
　　最后通过解析法，将采空区上覆岩层简化为材料力学模型，分别建立了基于简支梁、悬臂梁和复合梁的地面沉降稳定性评价模型，并成功对浅部铁矿采空区进行了地面沉降稳定性评价。为铁矿地面沉降稳定性评价提供了一种新模型，补充了现有的铁矿地面沉降稳定性评价体系。
　　该研究成果不仅对淄川矿区兴旺矿与旺达矿交界区域内采空区的评价治理具有指导意义，而且还对具有相似条件的铁矿采空区地面稳定性评价提供了科学的参考依据。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

2 研究区域地质条件与开采情况

2.1 概况

2.2 地层条件

2.3 矿层开采情况

3 研究区域开采情况探测及分析

3.1 探测方法的选取

3.2 探地雷达探测原理及仪器组成

3.3 黑旺村地下采空区探测目的及可行性

3.4 雷达探测测线布置

3.5 探测参数选择及数据处理

3.6 黑旺村地下采空区雷达探测图像及解释结果

4 特殊开采条件下应力位移的弹塑性有限元计算模拟分析

4.1 数值计算模拟方法选取

4.2 弹塑性有限元的基本原理

4.3 数值模型的建立

4.4 模拟方案的确定

4.5 计算结果应力位移综合分析

5 研究区域地面沉降稳定性评价

5.1 采空区及上覆坚硬岩层分布情况分析

5.2 基于简支梁地面沉降稳定性评价模型的建立

5.3 基于悬臂梁地面沉降稳定性评价简支梁模型的建立

5.4 基于复合岩梁地面沉降稳定性评价简支梁模型的建立

5.5 地面沉降稳定性评价模型的应用

5.6 小结

6 主要结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果