基于FLAC3D的水溶开采矿山矿柱稳定性研究

摘要

水溶开采是一种较为特殊的地下采矿方法，溶液在地下溶解矿石的同时对采场结构也会造成一定程度的侵蚀，并且很多中小型矿山受限于资金、技术、开采成本以及开采规模等因素，在设计和开采过程中存在诸多设计不合理、开采不规范的情况。　　本文以四川某地下矿山水溶开采钙芒硝矿为研究对象。通过现场调查研究发现，该矿山在进行回采的过程中，爆破作业反复地对矿柱进行扰动损伤，且回采时溶液对矿柱具有一定的侵蚀作用。回采过程中的不利影响使矿柱的岩石力学性能发生了变化，最终矿柱逐渐弱化，从而使其稳定性逐渐降低，采场的稳定性不能得以充分保证。而矿柱底部巷道未采取任何支护措施，这将进一步降低矿柱的稳定性，也会给在巷道中运行的人员与设备带来极大的安全隐患。为了提高该矿山矿柱的稳定性，进一步保证采场的安全，本文综合采用理论分析、力学试验以及数值模拟等方式，对该矿山矿柱的稳定性进行了研究。　　本文首先对矿山采场内受溶液侵蚀后的矿柱进行取样，在实验室中进行岩石力学性能测试，得出岩石力学性能参数；然后采用理论分析计算得出矿柱宽度，沿走向布置时应不小于20m，垂直走向布置时应不小于28m。进而在理论分析的基础上进行梯度取值，对不同矿柱宽度进行FLAC3D数值模拟分析，得出矿柱宽度沿走向布置时取19.6m，垂直走向布置时取28.4m。根据矿柱宽度分析结果可以看出，目前矿山采用统一10m宽的矿柱极为不合理；最后通过岩石稳定性评价和类比法，就矿柱底部巷道而言，推荐针对采场已开采或正在开采的部分采用涨壳式预应力中空注浆锚杆+TECCO网+喷射混凝土的组合方式进行支护，采场未开采的部分采用涨壳式预应力中空注浆锚杆+TECCO网的组合方式进行支护，通过支护措施以保证矿柱受溶液侵蚀后依然稳定。

目录

声明

1、 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水溶开采研究现状和发展趋势

1.2.2 FLAC3D研究方法的应用

1.2.3 矿柱稳定性研究现状

1.2.4 巷道支护技术研究现状

1.3 研究内容与研究目标

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究目标

1.4 主要技术路线

2、 矿山基本概况

2.1 自然地理条件

2.2 矿区地质特征

2.2.1 地层

2.2.2 构造

2.3 矿体地质特征

2.3.1 钙芒硝矿体特征

2.3.2 矿石特征

2.4 水文地质条件

（1）概述

（2）含（隔）水层

（3）矿床充水因素

2.5 工程地质条件

（3）井巷稳定性

2.6 矿山开采主要危险因素

2.6.1 生产过程中主要危险因素

（1）地压灾害

（2）矿井水灾

2.6.2 主要自然危险因素

（1）地表水灾、泥石流

（2）地震

2.7 开采现状及存在的问题

2.7.1 开采现状

2.7.2 开采过程中存在的问题

3、 矿山岩石力学性能测试

3.1 试验试件制备

3.2 物理力学性能测试

3.2.1 岩石密度

3.2.2 单轴压缩

3.2.3 三轴压缩

3.2.4 抗拉强度

3.3 岩石力学性能参数的确定

4、 矿柱宽度分析

4.1 采场现状分析

4.1.1 采场基本情况

4.1.2 采场顶板稳定性分析

4.1.3 采场矿柱布置评价

4.2 理论计算

4.2.1 矿柱分析时的基本假设

4.2.2 矿柱尺寸理论计算

4.3 数值模拟方案的确立

4.4 数值模拟

4.4.1 FLAC3D简介

4.4.2 基本假设

4.4.3 破坏准则

4.4.4 模拟分析参数选取

4.4.5 建立几何模型

4.4.6 初始应力状态

4.4.7 数值模拟结果及分析

4.5 小结

5、 矿柱稳定性对策措施

5.1 巷道围岩稳定性评价

5.2 已开采部分巷道破坏原因分析

5.2.1 采场已开采部分现状

5.2.2 破坏原因分析

5.3 矿柱底部巷道支护设计

5.3.1 支护机理介绍

5.3.2 支护现状

5.3.3 支护材料选择

5.3.4 支护参数设计

5.3.5 锚网支护布置形式

5.3.6 施工工艺

5.4 未开采部分矿柱稳定性对策措施

5.5 小结

6、 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献