深部开采高应力作用下采空区拱架效应及案例分析

发布时间：2020-08-08 23:26

【摘要】：深部开采是矿山发展的方向。随着开采深度的增加,高温、高压、高应力逐渐增强,极易诱发顶板开裂、围岩冒落、覆岩滑移等一系列地质灾害事故,造成重大人员伤害及经济损失。充分利用岩体拱架自承载能力,可以提高深部开采空区稳定性,降低开采成本。因此,开展该领域理论与关键技术研究,具有十分重要的意义。论文以某大型矿山深部开采采空区为研究对象,基于拱架效应及安全系数理论,采用理论分析、现场调研、位移监测及工程验证等方法,研究深部高应力条件下,采空区拱架效应与采场结构尺寸相依性问题。论文主要工作如下:(1)在研究拱形结构的相关理论与方法的基础上,包括两铰拱、三铰拱与无铰拱的力学模型及内力分析方法等,结合某大型铜矿山地下深部开采复杂环境,详细研究了影响采空区拱架效应的内部因素、外部因素及主控因素等。最终选取适合该矿山的拱形结构力学模型与分析方法。(2)提出了矿柱综合安全系数计算方法。通过分析复杂荷载作用下均质矿柱破坏过程,构建矿柱力学模型,研究不同崩落体高度及矿柱尺寸情况下,综合安全系数变化规律,确定矿柱合理回采尺寸,为采场布置提供依据。(3)在确定矿柱合理回采尺寸(矿柱间距及宽度)的基础上,构建顶板无铰拱力学模型,推导出矿柱间距及宽度与拱轴系数之间的关系式。研究矿柱间距及宽度随着拱轴系数变化规律,揭示采空区拱架效应与矿柱尺寸相依性,为矿山回采采空区结构尺寸设计提供理论指导。(4)基于采空区拱架效应与矿柱尺寸相依性及深部开采复杂环境,构建岩体无铰拱力学模型,推导出高应力作用下,采场拱架效应与采空区结构尺寸(采场跨度、矿柱宽度)之间的关系式,并分析其内生关系。研究成果为深部高应力矿山采场结构参数设计、提高采空区本质安全水平及提升金属矿产资源回收率等,提供理论指导,具有一定的工程应用价值。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD325.3
【图文】：

第一章绪论.1 研究背景及意义矿产资源具有不可再生性，是国民经济发展的重要物质基础。目前，随着我国经速发展，浅部矿产资源储量逐渐减少，部分矿山被迫转向深部开采，随之而来，深采过程中的高温、高压及高应力等问题亟待解决[1-2]。由于深部矿体构造应力场大于自重应力场，造成构造应力问题突出，两者应力场叠增加了开采应力场环境的复杂性。对比研究表明[3-4]，浅部开采过程中，岩体破前位移存在加速变形现象，破坏范围限定在局部，但深部岩体破损之前无明显变形，破坏范围面积更广，由此不断诱发顶板开裂（图 1-1）、围岩冒落（图 1-2）、覆岩等一系列地质灾害事故，同时给地压监测带来了难度。

采场围岩,冒落

力学模型,地质,动力扰动,矿柱

李夕兵等[21]（2010年）研究高静载应力作用下深部矿柱动力扰动力学响应（图1-3），借助有限差分法数值模拟软件 FLAC3D分析了高应力作用下深井矿柱动力扰动三维力学响应，研究了初始静力及动力扰动下矿柱岩体失稳破坏效果，为深部开采时矿房、矿柱尺寸设计及爆破装药量提供技术参数。

【参考文献】