高山河谷区条带充填分区协同开采及围岩稳定性研究
发布时间：2021-09-03 08:22
常规房柱法开采高山河谷地形下的矿产资源时,遗留的大面积采空区群容易诱发山体崩塌、河床下沉等地质灾害,而且采场内留设的矿柱难以有效回收,造成资源的浪费。为实现高山河谷地形下矿床资源安全、高效、低贫化的开采目标,以宜昌晒旗河磷矿矿床为研究对象,提出了与其相适应的条带充填分区协同开采技术。通过充填体配比试验、理论分析、数值模拟、相似模拟等方法,系统地研究了开采过程中采场围岩变形及稳定性问题。首先,通过开展胶结尾砂充填体配比试验与单轴压缩力学试验,得到了不同灰砂比充填体在不同龄期下的应力应变曲线,探究了不同灰砂比充填体的力学性质及其随龄期的变化规律。分析表明灰砂比1:4充填体的力学性质在前14d内受龄期影响显著,其他灰砂比充填体力学性质受龄期影响较小;所有灰砂比充填体的抗压强度及弹性模量在14d时均到达了28d强度的80%左右。开展充填体配比试验为后期理论研究及现场实际应用奠定了基础。其次,根据两步骤开采时的顶板结构及非均布荷载受力特征,构建了一步骤条带顶板固支梁力学模型与二步骤“顶板-充填体”力学模型,推导了两步骤回采过程中顶板的弯曲变形挠度方程。以采区顶板的抗拉强度为评判指标,得到了顶板稳...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
深切河谷区局部应力场特征
高山河谷地貌最为显著的特征是埋深变化较大,朱焕春等[13]指出河谷地应力场的构造应力随深度变化显著;余大军等[14~15]揭示了高山河谷地区不同山体坡度在重力场条件下的初始地应力分布特征,并通过数值模拟开展了山体内硐室开挖破损区研究,得到硐室围岩的破损损伤度完全不对称。李邦祥[16]等分析了不同侧压系数与不同坡脚对坡体附近的地应力分布特征的影响,并通过数值模拟得到坡面下开采的硐室围岩的稳定性受硐室与坡面间的距离影响,影响较大范围一般在100~200 m之间。郭文兵等[17]数值软件模拟条带开采不同埋深对地表沉陷因素的影响,表明条带开采沉陷随埋深呈对数关系增加。侯朝炯[18]团队研究了神东矿区内矿体埋深对围岩变形的影响,研究表明当巷道埋深超过100m,巷道顶底板的收缩量急剧增加,如图1.3(a)所示;此外在隧道开挖领域,王明年等[19]等也研究得到了隧道围岩变形与其埋深的变化规律,如图1.3(b)所示。因此,在高山河谷地形下进行矿体开采活动时,矿体埋深的急剧变化是需要考虑的首要因素。1.2.2 条带充填开采技术优化
为了提高采场充填体矿柱的稳定性,在现场应用时盲目的提高充填体的强度,进而增加了不必要的充填成本。因此在开展晒旗河地下矿山的开采时,需要进行胶结充填体的力学性质探究,保证充填体的实际强度与理论充填强度相匹配,在保证安全的前提下,尽量控制充填成本。国内外的充填采矿技术大致经历了如图1.4所示的发展历程[42],期间学者对充填体材料的研发、充填体配比的优选等方面进行了大量研究,推动了胶结充填技术的发展。其中尾砂胶结充填体在国内运用较为广泛,其科研体系相对成熟,刘艳章等[42]研究了全尾砂胶结充填体在单轴压缩条件下的应力-应变特征,如图1.5所示;杨宁等[43]研究了不同灰砂比和料浆浓度对其力学性质的影响,试验结果表明,影响充填体力学强度的关键要素依然是灰砂比;付建新等[44]研究得到全尾砂胶结充填体强度对龄期的敏感度最高,固相质量分数次之、灰砂比最弱;Fall M[45]与Chen H[46]等探究了充填体养护温度和龄期对充填体力学强度的影响;姚囝等[47]以石灰、高岭土、石膏、水和尾砂等作为原料开展了胶结充填体配比试验,通过单轴压缩试验结果分析了不同原料配比对充填体单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等力学指标的影响;杨磊等[48]以中关村铁矿全尾砂为充填体骨料,探讨了粒径、料浆浓度、灰砂比、龄期对充填体强度的影响;KESIMAL[49]等探究了不同种硫化物作为骨料的膏体充填体,研究得到不同骨料的力学强度变化特征变化差异性较大,其原因主要为骨料内部的不同化学物质导致的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单轴压缩条件下尾砂胶结充填体的损伤变量与比能演化[J]. 刘艳章,李凯兵,黄诗冰,吴恩桥,李伟,郭赟林. 矿冶工程. 2019(06)
[2]宜昌晒旗河磷矿条带充填法采场结构及回采顺序研究[J]. 李鹏程,叶义成,姚囝,罗斌玉,陈常钊. 金属矿山. 2019(09)
[3]深埋隧道围岩形变压力计算方法研究[J]. 王明年,王志龙,张霄,赵思光,刘大刚,童建军. 岩土工程学报. 2020(01)
[4]矿山胶结充填胶凝材料最佳添加量优化研究[J]. 许前,郭利杰,陈寅,李文臣,杨超. 中国矿业. 2019(S1)
[5]全尾砂充填性能试验研究[J]. 杨宁,尹贤刚,林尧. 有色金属工程. 2019(05)
[6]充填体单轴压缩峰后应力—应变曲线特征及声发射参数研究[J]. 刘艳章,李凯兵,李伟,郭赟林,程爱平,曹华斌. 金属矿山. 2019(03)
[7]倾斜煤层条带煤柱留设宽度统一解[J]. 张常光,祁航,赵均海,蔡明明. 采矿与安全工程学报. 2019(02)
[8]傲牛铁矿三采区充填体稳定性及间柱回采顺序研究[J]. 胡世利,衣福强,周乐,张世玉,邱景平. 金属矿山. 2018(12)
[9]基于压力拱理论的矿块间回采顺序数值模拟[J]. 张德明,王浩,卞继伟,李红鹏. 重庆大学学报. 2018(10)
[10]基于正态白化权函数的灰评估岩爆预测模型[J]. 李鹏程,叶义成,王其虎,罗斌玉,李玉飞. 化工矿物与加工. 2019(05)
博士论文
[1]多层缓倾斜薄—中厚矿床复杂采动采场结构稳定性研究[D]. 姚囝.武汉科技大学 2017
[2]带状充填开采岩层移动机理研究[D]. 朱晓峻.中国矿业大学 2016
硕士论文
[1]挑水河磷矿充填条带矿柱宽度与采场顶板下沉分析[D]. 周杰.武汉理工大学 2016
本文编号：3380767
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
深切河谷区局部应力场特征
高山河谷地貌最为显著的特征是埋深变化较大,朱焕春等[13]指出河谷地应力场的构造应力随深度变化显著;余大军等[14~15]揭示了高山河谷地区不同山体坡度在重力场条件下的初始地应力分布特征,并通过数值模拟开展了山体内硐室开挖破损区研究,得到硐室围岩的破损损伤度完全不对称。李邦祥[16]等分析了不同侧压系数与不同坡脚对坡体附近的地应力分布特征的影响,并通过数值模拟得到坡面下开采的硐室围岩的稳定性受硐室与坡面间的距离影响,影响较大范围一般在100~200 m之间。郭文兵等[17]数值软件模拟条带开采不同埋深对地表沉陷因素的影响,表明条带开采沉陷随埋深呈对数关系增加。侯朝炯[18]团队研究了神东矿区内矿体埋深对围岩变形的影响,研究表明当巷道埋深超过100m,巷道顶底板的收缩量急剧增加,如图1.3(a)所示;此外在隧道开挖领域,王明年等[19]等也研究得到了隧道围岩变形与其埋深的变化规律,如图1.3(b)所示。因此,在高山河谷地形下进行矿体开采活动时,矿体埋深的急剧变化是需要考虑的首要因素。1.2.2 条带充填开采技术优化
为了提高采场充填体矿柱的稳定性,在现场应用时盲目的提高充填体的强度,进而增加了不必要的充填成本。因此在开展晒旗河地下矿山的开采时,需要进行胶结充填体的力学性质探究,保证充填体的实际强度与理论充填强度相匹配,在保证安全的前提下,尽量控制充填成本。国内外的充填采矿技术大致经历了如图1.4所示的发展历程[42],期间学者对充填体材料的研发、充填体配比的优选等方面进行了大量研究,推动了胶结充填技术的发展。其中尾砂胶结充填体在国内运用较为广泛,其科研体系相对成熟,刘艳章等[42]研究了全尾砂胶结充填体在单轴压缩条件下的应力-应变特征,如图1.5所示;杨宁等[43]研究了不同灰砂比和料浆浓度对其力学性质的影响,试验结果表明,影响充填体力学强度的关键要素依然是灰砂比;付建新等[44]研究得到全尾砂胶结充填体强度对龄期的敏感度最高,固相质量分数次之、灰砂比最弱;Fall M[45]与Chen H[46]等探究了充填体养护温度和龄期对充填体力学强度的影响;姚囝等[47]以石灰、高岭土、石膏、水和尾砂等作为原料开展了胶结充填体配比试验,通过单轴压缩试验结果分析了不同原料配比对充填体单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等力学指标的影响;杨磊等[48]以中关村铁矿全尾砂为充填体骨料,探讨了粒径、料浆浓度、灰砂比、龄期对充填体强度的影响;KESIMAL[49]等探究了不同种硫化物作为骨料的膏体充填体,研究得到不同骨料的力学强度变化特征变化差异性较大,其原因主要为骨料内部的不同化学物质导致的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]单轴压缩条件下尾砂胶结充填体的损伤变量与比能演化[J]. 刘艳章,李凯兵,黄诗冰,吴恩桥,李伟,郭赟林. 矿冶工程. 2019(06)
[2]宜昌晒旗河磷矿条带充填法采场结构及回采顺序研究[J]. 李鹏程,叶义成,姚囝,罗斌玉,陈常钊. 金属矿山. 2019(09)
[3]深埋隧道围岩形变压力计算方法研究[J]. 王明年,王志龙,张霄,赵思光,刘大刚,童建军. 岩土工程学报. 2020(01)
[4]矿山胶结充填胶凝材料最佳添加量优化研究[J]. 许前,郭利杰,陈寅,李文臣,杨超. 中国矿业. 2019(S1)
[5]全尾砂充填性能试验研究[J]. 杨宁,尹贤刚,林尧. 有色金属工程. 2019(05)
[6]充填体单轴压缩峰后应力—应变曲线特征及声发射参数研究[J]. 刘艳章,李凯兵,李伟,郭赟林,程爱平,曹华斌. 金属矿山. 2019(03)
[7]倾斜煤层条带煤柱留设宽度统一解[J]. 张常光,祁航,赵均海,蔡明明. 采矿与安全工程学报. 2019(02)
[8]傲牛铁矿三采区充填体稳定性及间柱回采顺序研究[J]. 胡世利,衣福强,周乐,张世玉,邱景平. 金属矿山. 2018(12)
[9]基于压力拱理论的矿块间回采顺序数值模拟[J]. 张德明,王浩,卞继伟,李红鹏. 重庆大学学报. 2018(10)
[10]基于正态白化权函数的灰评估岩爆预测模型[J]. 李鹏程,叶义成,王其虎,罗斌玉,李玉飞. 化工矿物与加工. 2019(05)
博士论文
[1]多层缓倾斜薄—中厚矿床复杂采动采场结构稳定性研究[D]. 姚囝.武汉科技大学 2017
[2]带状充填开采岩层移动机理研究[D]. 朱晓峻.中国矿业大学 2016
硕士论文
[1]挑水河磷矿充填条带矿柱宽度与采场顶板下沉分析[D]. 周杰.武汉理工大学 2016
本文编号：3380767
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