程潮铁矿崩落法和充填法协同开采方法及应用研究

发布时间：2020-09-30 12:43

　　程潮铁矿矿体的开采逐渐由东向西深部移动,延伸至选厂下部,为了保护西区选厂等地表建(构)筑物,前期的开采采用了预留保安矿柱方法。随着开采深度的不断增加,保安矿柱所占矿产资源不断增加,造成大量资源难以回收,因此下一阶段将采用崩落法和充填法进行开采。针对这一开采现状,论文基于协同开采新理念,运用协同学理论、系统工程、统计学、岩石力学、数值模拟、管理学等理论和工具,开展了程潮铁矿崩落法和充填法的协同开采方法及应用研究。主要研究工作和结论如下:(1)从协同学理论的原理和特征出发,结合矿山开采系统的特点,分析其研究对象、应用领域以及发展趋势,得出协同开采是可行的、适用的;并在此基础上对崩落法和充填法的协同开采的协同模式和评价机制进行研究,为两种采矿方法协同开采奠定了理论基础。(2)运用协同学理论的序参量原理,构建了两种采矿方法协同开采的协同度测度模型,通过评价整个开采中系统协同度的大小,得出充填法由下向水平分层充填变为分段嗣后充填时系统的协同度降低了0.186,当变为上向水平充填则升高了0.065,说明采用无底柱分段崩落法和上向水平分层填充法时,系统的协同度最高,为最优采矿方法。(3)采用数值模拟的方法,建立两种采矿方法协同开采数值计算模型,并运用正交实验设计方法对开采方案进行优化设计,对得到的9种开采方案分别进行开挖模拟,得出以方案4((先西区后东区,充填(顺序回采),崩落(中间-两翼))开挖时,选厂的地表沉降最小,隔离矿柱的安全系数最大,最佳开采方案为方案4。(4)针对因采矿方法转变,生产的过程中可能出现的问题,以及影响采场地压的因素,提出了生产过程与地压协同管理的措施。上述研究成果为两种采矿方法的协同开采奠定了理论基础,为协同开采选出了最佳采矿方法和开采方案,也为生产过程协同和地压管理协同提出了合理的管理措施,对程潮铁矿的下一阶段运用两种采矿方法协同开采有一定的指导意义,也可为类似的矿山提供一些参考。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD861.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 协同学理论及其在矿山领域应用的研究现状
        1.2.2 两种采矿方法并存的研究现状
        1.2.3 采矿方法选择和回采顺序研究现状
    1.3 研究意义
    1.4 研究内容
    1.5 研究方法和技术路线图
第2章两种采矿方法协同开采理论研究
    2.1 协同学理论简介
        2.1.1 协同学理论的基本原理
        2.1.2 协同学理论研究对象的特征
        2.1.3 协同学基本演化方程
    2.2 矿山开采系统
        2.2.1 矿山开采系统的构成
        2.2.2 矿山开采系统的外部联系
    2.3 协同开采适用性分析
        2.3.1 研究对象分析
        2.3.2 应用领域分析
        2.3.3 发展趋势分析
    2.4 两种采矿方法协同开采
        2.4.1 两种采矿方法协同开采理念
        2.4.2 两种采矿方法协同开采基本模式
        2.4.3 两种采矿方法协同开采评价机制
    2.5 本章小结
第3章基于协同度测度模型的采矿方法选择
    3.1 程潮铁矿开采现状以及可行性方案初选
        3.1.1 程潮铁矿矿体开采现状
        3.1.2 可行性采矿方案初选
    3.2 两种采矿协同开采协同度测度模型的建立
        3.2.1 协同开采序参量的确定
        3.2.2 协同开采系统有序度模型
        3.2.3 复合系统协同度模型
    3.3 协同开采协同度测度模型数据处理
        3.3.1 各子系统序参量分量指标数据的确定
        3.3.2 数据标准化处理
        3.3.3 序参量指标权重的确定
    3.4 两种采矿方法协同开采协同度测度
        3.4.1 复合系统协同度测度
        3.4.2 测度结果分析
    3.5 本章小结
第4章两种采矿方法协同开采方案优化研究
    4.1 程潮铁矿地质条件
        4.1.1 矿山地理位置及地质特征
        4.1.2 矿岩的物理力学性质
    4.2 数值计算模型的建立
        4.2.1 典型断面的选择
        4.2.2 模型的建立
        4.2.3 模型的应力边界条件和位移边界条件
        4.2.4 本构模型的选择
        4.2.5 岩石力学参数
    4.3 开采方案优化设计
    4.4 数值模拟结果与分析
        4.4.1 数据监测结果
        4.4.2 地表垂直位移分析
        4.4.3 隔离矿柱安全系数分析
        4.4.4 开采方案优化选择
        4.4.5 最优方案开挖完后采场稳定性分析
    4.5 本章小结
第5章两种采矿方法协同开采生产与地压协同管理
    5.1 生产过程协同管理
        5.1.1 生产过程中会出现问题
        5.1.2 生产过程协同管理措施
    5.2 地压协同管理
        5.2.1 影响地压的主要因素
        5.2.2 地压协同管理措施
    5.3 本章小结
第6章结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参与的科研项目
致谢
详细摘要

【参考文献】