基于应力边界法厚大矿体采场结构参数数值模拟优化研究

发布时间：2017-05-03 07:14

  本文关键词：基于应力边界法厚大矿体采场结构参数数值模拟优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着计算机技术的迅速发展,数值模拟仿真分析已广泛用于岩土及地下工程的研究和设计中,其费用比物理模型低,且能定量地计算和分析回采过程中采场围岩中的应力大小、位移变化规律和塑性区发展情况,确定它们每步回采的动态变化过程,从而对采场围岩的稳定性状态作出判断。 数值模拟的初始地应力场是否与实际地应力场吻合,是决定地下工程数值模拟是否成功的基本条件。虽然现场实测是提供地应力资料最直接的方法,但是各测点的测量成果仅反映了测点局部应力场特征,然而,在工程现场由于场地和经费等原因,不可能大面积进行实测。本文以吴庄铁矿为研究对象,完成的主要工作有: 1、对采场围岩破坏机理及失稳判据进行了阐述,并对目前比较常用的围岩强度判据、容许极限位移量以及塑性区的是否相互贯通三种判据进行了分析。因为影响采场围岩稳定性的因素众多,关系错综复杂,本文采用三种判据对采场围岩稳定性进行综合判断。 2、根据工程区域内有限的地应力观测值,并结合地形、地貌资料,采用了应力边界法对初始地应力场进行拟合。应力边界法为FLAC~(3d)模拟岩土工程的初始地应力场提供了新的思路,即在形成初始地应力场过程中,计算模型不设速度边界条件,仅在模型表面根据地应力观测值施加应力边界条件并保持恒定。 3、在初始地应力场计算过程中,分析了弹性一步求解法的不妥之处,本文提出了采用分阶段弹塑性两步骤求解法生成初始地应力场。该方法在应力初始化过程中具有很大的灵活性,得到的初始地应力场也更符合现场实际。 4、通过上述数值模拟方法反演得到的初始地应力场,对30种不同采场结构参数方案进行了大量的数值模拟计算,并对回采过程中采场围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了详细的分析比较。 5、根据上述计算结果,绘出了采场跨度与项板拉应力之间、采场长度与项板拉应力之间的关系曲线以及它们对项板岩层拉应力的联合影响曲面。研究结果表明:采场跨度对采场顶板岩层稳定性的影响远远大于采场长度。采场顶板的暴露面积大小不是决定采场顶板岩层的稳定性的惟一因素,顶板暴露面的形状对顶板岩层稳定性影响也很大。采用长条形顶板暴露面形状,能提高采场生产能力和保证回采的安全性。因此,对于急倾斜厚大矿体提出了“大盘区、小跨度”的设计理念。
【关键词】：应力边界法 分阶段弹塑性求解法 暴露面形状
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TD311
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 选题的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 采场结构参数优化研究的方法12-15
• 1.2.2 国内外地应力研究现状15-19
• 1.3 本文研究内容、方法和思路19-23
• 1.3.1 主要研究内容19-20
• 1.3.2 研究方法及思路20-23
• 第二章 围岩破坏机理与失稳判据23-35
• 2.1 概述23
• 2.2 围岩破坏机理23-25
• 2.3 围岩失稳判据25-33
• 2.3.1 影响围岩稳定性的因素26-28
• 2.3.2 失稳判据分析28-33
• 2.3.3 失稳判据的综合应用33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 采矿方法介绍35-47
• 3.1 地质概况35-38
• 3.1.1 区域地质35-36
• 3.1.2 矿床地质36-38
• 3.2 开采技术条件分析38-40
• 3.2.1 水文地质条件38
• 3.2.2 工程地质条件38-40
• 3.3 采矿方法选择40-41
• 3.4 分段空场嗣后充填采矿法41-44
• 3.4.1 盘区划分及回采顺序41-42
• 3.4.2 采场构成要素42
• 3.4.3 采准切割42-44
• 3.4.4 回采44
• 3.5 本章小结44-47
• 第四章 基于应力边界法拟合地应力场47-57
• 4.1 概述47
• 4.2 地应力的组成成分及影响因素47-53
• 4.2.1 地应力的组成成分47-48
• 4.2.2 地应力的影响因素48-53
• 4.3 初始地应力场的确定方法53-54
• 4.4 应力边界地应力场拟合法54-56
• 4.4.1 分阶段弹塑性求解55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 数值模拟计算57-69
• 5.1 FLAC~(3D)软件的介绍57-58
• 5.2 选取计算方案与建立模型58-60
• 5.2.1 计算方案的选取58-59
• 5.2.2 计算模型的建立59-60
• 5.3 矿岩力学参数的确定60-61
• 5.4 计算区域内地应力拟合61-65
• 5.5 施加边界条件65-66
• 5.6 模拟回采步骤66-67
• 5.7 本章小结67-69
• 第六章 计算结果分析及工程应用69-81
• 6.1 计算结果分析69-79
• 6.1.1 应力分布情况69-71
• 6.1.2 位移变化规律71-72
• 6.1.3 塑性区发展情况72-73
• 6.1.4 各方案计算结果比较73-79
• 6.2 工程应用79
• 6.3 本章小结79-81
• 第七章 结论81-85
• 7.1 结论81-82
• 7.2 论文存在不足之处82-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-93
• 攻读硕士学位期间主要研究成果93

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵国彦;卢俊华;刘志祥;;房柱交替上升式采矿工艺时空变换力学分析[J];矿冶工程;2012年01期

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3 陆刚;;基于CMS实测的采空区稳定性分析[J];采矿技术;2012年01期

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中国重要会议论文全文数据库 前1条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：342538