某深部难采矿体岩爆诱发倾向及开采方案优化研究

发布时间：2018-11-28 15:17

【摘要】：埋深超千米的金属矿山由于地应力增大诱发的岩爆问题日益凸显。深部开采地应力大,出现的开采技术问题多,根据矿床开采技术条件和矿体赋存特征,合理选择何种采矿方法和何种采场结构参数以实现矿山安全高效开采,保证矿山可持续生产,是目前越来越多金属矿山迫切需要解决的重大技术问题。本文以某铅锌矿的开采为研究对象,首先采用实验室试验、理论分析的方法对矿区岩爆倾向性进行了分析和判定,针对该矿床埋深较深,深部构造应力场强烈,围岩具有岩爆倾向且矿体本身形态复杂多样的特点,采用现场调查、理论分析和数值模拟等方法,在矿山采矿方法优选、采场结构参数优化研究和巷道开挖岩爆预测与判定等方面进行了系统深入的分析和研究,以期保证矿山安全高效可持续开采。主要研究内容及成果包括:(1)在查阅矿区地质资料并对矿山工程地质情况进行现场调查研究的基础上,对矿区主要矿石和岩石进行物理力学参数测试试验,并采用广义Hoek-Bown准则进行折减,得到岩体力学参数,为后续的分析与计算提供可靠准确的基础资料。(2)对表征岩爆倾向性的4种常用指标(岩石脆性系数K、有效冲击能量指标W、弹性变形能量指数WET和冲击能量指数WCF)进行试验并计算,并采用以岩石脆性系数K和有效冲击能量指标W作为主要综合判定指标,弹性变形能量指数WET和冲击能量指数WCF为辅助指标的判定方法,对矿区岩石岩爆倾向性进行综合判定。理论与实践表明,该判定方法客观科学。(3)针对矿床埋深较深,深部构造应力场强烈,在未来开采中将受到岩爆威胁且矿体形态复杂多样等特点,初步选择了5种适合于该矿床开采的采矿方法,再采用基于熵权—理想点理论方法对矿山采矿方法进行优选,最终得出上向水平分层进路充填法为经济、技术和安全各方面综合考虑对该矿床最合理的采矿方法。(4)采用ANSYS-FLAC3D两种软件的耦合建立了采场几何模型,模拟和计算了采场在开挖和充填过程中的应力、竖向位移、塑性区的分布规律和采场稳定性情况。经过安全和经济两方面初步筛选,得出开采方案4、方案7、方案14和方案16为采场稳定性较好且生产能力相对较大的开采方案。(5)采用模糊数学—层次分析法理论建立了采场结构参数综合优选模型,构建了由经济、技术、安全3方面8个评价指标组成的模糊综合评价体系,计算并得出了初选出的4种开采方案优越度值。依据离差函数特征,开采方案14综合优越度最高,即最终采用4m×4m(宽×高)进路、全部胶结充填的开采方案。(6)从岩爆发生的内因和外因两方面出发,对巷道开挖岩爆的发生情况进行了综合预测与评价。在岩爆倾向性判定基础上,模拟和计算了在矿区有岩爆倾向的两种岩体中开挖巷道时,巷道边壁围岩最大主应力值分布规律,并利用相关理论分析和判断了巷道可能发生不同等级岩爆时对应的临界埋深。
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【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD31;TD862

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