基于尖点突变理论的充填体下采空区安全顶板厚度计算模型

发布时间：2018-11-13 20:37

【摘要】：充填体下采空区顶板结构普遍存在于利用充填体进行回采的矿山。为了保证矿山的作业安全,合理确定充填体荷载作用下顶板厚度参数具有重要意义。在分析充填体下采空区顶板结构形成及破坏机制的基础上,建立该顶板结构的稳定性力学模型,应用尖点突变理论分析其失稳的力学机制。依据顶板结构尖点突变模型失稳的充分条件和必要条件,推导得到充填体下采空区顶板极限厚度值表达式。结合某铅锌矿工程实例,计算得到矿山安全顶板厚度应大于11.48 m,在数值模拟验证和实际生产中,取顶板厚度值为12 m。验证结果表明:尖点突变理论可以有效阐释充填体下采空区顶板结构失稳的力学机制,而将其运用到顶板或类似结构的稳定性分析和参数设计中是合理可行的。
[Abstract]:The roof structure of goaf under backfill exists generally in mines where backfill is used for mining. In order to ensure the safety of mine operation, it is of great significance to reasonably determine the roof thickness parameters under the load of filling body. Based on the analysis of the formation and failure mechanism of the roof structure in the goaf under the filling body, the stability mechanics model of the roof structure is established, and the mechanical mechanism of the roof structure instability is analyzed by using the cusp catastrophe theory. Based on the sufficient conditions and necessary conditions for the instability of the cusp catastrophe model of roof structure, the expression of the limit thickness of the roof in goaf under filling is derived. Combined with an engineering example of a lead-zinc mine, the safe roof thickness of mine should be greater than 11.48 m, and the thickness of roof should be 12 m in numerical simulation and practical production. The results show that the cusp catastrophe theory can effectively explain the mechanical mechanism of roof structure instability in goaf under filling, and it is reasonable and feasible to apply it to the stability analysis and parameter design of roof or similar structures.
【作者单位】： 北京科技大学土木与环境工程学院;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;
【基金】：国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAB08B02)~~
【分类号】：TD327.2;TD853.391

【参考文献】

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5 陶干强;孙冰;宋丽霞;杨仕教;曾晟;;充填法采场结构参数优化设计[J];采矿与安全工程学报;2009年04期

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7 江学良;曹平;杨慧;林杭;;水平应力与裂隙密度对顶板安全厚度的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2009年01期

8 杨有成;李群;陈新泽;唐辉明;;对强度折减法若干问题的讨论[J];岩土力学;2008年04期

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10 ;Numerical Simulation of Rock Burst in Circular Tunnels Under Unloading Conditions[J];Journal of China University of Mining & Technology;2007年04期

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6 刘永亮;孙光华;叶洪涛;赵坤;胡亚飞;;急倾斜矿体采空区岩移规律相似模拟试验研究[J];矿产保护与利用;2017年01期

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3 杨威;煤层采场力学行为演化特征及瓦斯治理技术研究[D];中国矿业大学;2013年

4 尹立明;深部煤层开采底板突水机理基础实验研究[D];山东科技大学;2011年

5 吴启红;矿山复杂多层采空区稳定性综合分析及安全治理研究[D];中南大学;2010年

6 谢向东;基于流固耦合理论的丹江口水库诱发地震机理研究[D];武汉大学;2010年

7 何书;下向进路侧帮稳定性及进路布置方式优化设计研究[D];西北大学;2009年

8 毕忠伟;岩体力学参数推断的Bayes方法及截尾可靠度的研究与应用[D];中南大学;2008年

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6 赵延林;张英;万文;;层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型[J];矿业工程研究;2010年01期

7 陶干强;孙冰;宋丽霞;杨仕教;曾晟;;充填法采场结构参数优化设计[J];采矿与安全工程学报;2009年04期

8 何俊锋;高广运;刘文生;;矿山露天与地下联合开采实例安全性分析[J];地下空间与工程学报;2009年04期

9 潘岳;张勇;王志强;;煤与瓦斯突出中单个煤壳解体突出的突变理论分析[J];岩土力学;2009年03期

10 林杭;曹平;李江腾;江学良;何忠明;;采空区临界安全顶板预测的厚度折减法[J];煤炭学报;2009年01期

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3 G.D.Aitchison;M.Kurzeme;D.R.Willoughby;;矿山充填体的地质力学因素 第一部分:充填体设计的合理方法[J];有色矿山;1976年Z1期

4 ;矿山充填体的地质力学因素 第二部分:充填体反应机理的研究[J];有色矿山;1976年Z1期

5 薛奕忠;安庆铜矿高阶段矿房充填体稳定性的探讨[J];有色矿山;1998年05期

6 胡华,崔明义;高水材料硬化体特性及其充填体力学作用机理分析[J];矿业研究与开发;2001年05期

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4 记者 刘泽民　通讯员 盛佳;长沙矿山院两项目达国际先进水平[N];中国有色金属报;2014年

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本文编号：2330356