深井开采矿柱稳定性分析与可视化验证

发布时间：2017-05-23 20:20

  本文关键词：深井开采矿柱稳定性分析与可视化验证，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 矿柱是决定采场稳定性的重要结构单元,对采空区起支撑作用,不但维护着采场顶板及围岩的稳定性,而且对矿石回采率的提高有极大的潜在作用。目前,冬瓜山铜矿主要按“隔一采一”方式回采并且充填工作滞后,矿柱的稳定性问题变得日益突出。本文针对冬瓜山铜矿深井高应力条件下矿柱稳定性问题,综合采用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的方法开展了以下研究: (1)针对冬瓜山铜矿深井采场回采形成的两面临空矿柱,应用断裂损伤力学原理,分析深井高应力条件下矿柱岩体裂纹演化过程及损伤机理;并运用岩石动态破坏模拟软件RFPA~(2D)对两面临空矿柱的破坏过程进行模拟,从而为预测高应力条件下两面临空矿柱的稳定性提供依据。 (2)运用Midas/GTS软件建立数值模拟模型,对冬瓜山铜矿“隔一采一”方式回采过程中单面临空矿柱的稳定性进行模拟,揭示矿柱及围岩的应力、位移、塑性区变化情况,并对回采过程中矿柱及围岩可能出现破坏的区域进行分析和预测。 (3)采用空区三维激光探测技术和三维建模技术,快速而准确地获得采空区和矿柱的三维形态,实现了对两面临空矿柱和“隔一采一”方式回采过程中单面临空矿柱的稳定性数值模拟结果的可视化验证。 (4)根据空区三维激光探测结果,借助Surpac软件实现了对矿柱垮塌范围的准确圈定及垮塌量的可视化计算,精确计算出了垮塌体积及垮塌后存留在空区中的矿石量等信息。 (5)分析了矿柱垮塌的原因,提出了处理垮塌矿柱的具体措施,并根据冬瓜山“隔一采一”开采方式下矿柱稳定性分析结果,提出了预防矿柱破坏的对策。 实践证明,上述方法为分析和预测深井高应力条件下矿柱的稳定性开辟了新的途径,对指导矿山安全高效开采具有重要的现实意义。
【关键词】：矿柱稳定性 数值模拟 CMS 三维建模 可视化验证
【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】：TD32
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题由来及研究目的和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 矿柱稳定性研究现状12-14
• 1.2.2 采空区探测研究现状14-15
• 1.2.3 三维建模技术研究现状15-16
• 1.3 研究内容与技术路线16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 冬瓜山铜矿地质条件与开采概况19-28
• 2.1 矿床地质条件19-22
• 2.1.1 矿床地质概况19-20
• 2.1.2 原岩应力及矿岩岩爆倾向性20-22
• 2.1.3 地温规律及水文地质22
• 2.2 冬瓜山铜矿开采技术方法22-26
• 2.2.1 开采方法22-23
• 2.2.2 采场结构参数23-24
• 2.2.3 回采顺序24-25
• 2.2.4 底部结构25-26
• 2.3 目前的开采概况26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 两面临空矿柱破坏机理分析与数值模拟28-37
• 3.1 深井岩石破坏特征28
• 3.2 岩石裂纹演化过程28-31
• 3.2.1 岩石变形及破坏过程28-29
• 3.2.2 微裂纹扩展模型29-30
• 3.2.3 岩石裂纹群演化30-31
• 3.3 矿柱裂隙扩展机理31-34
• 3.3.1 矿柱边缘岩石受力及损伤31-32
• 3.3.2 矿柱近自由面裂纹扩展32-34
• 3.4 冬瓜山深井矿柱渐进破坏过程数值模拟34-36
• 3.4.1 模拟方案和参数34
• 3.4.2 模拟结果34-35
• 3.4.3 结果分析35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 “隔一采一”条件下单面临空矿柱稳定性数值分析37-57
• 4.1 数值模拟软件37-39
• 4.1.1 Midas/GTS软件概述37
• 4.1.2 本构方程37-39
• 4.1.3 屈服准则39
• 4.2 数值模型构建39-44
• 4.2.1 地层模型40-43
• 4.2.2 采场模型43
• 4.2.3 巷道工程43-44
• 4.3 数值模拟参数44-46
• 4.3.1 计算模型范围44-45
• 4.3.2 单元网格划分45
• 4.3.3 计算力学参数45-46
• 4.3.4 边界条件与初始条件46
• 4.4 数值模拟及其结果分析46-56
• 4.4.1 模拟方案46-47
• 4.4.2 数值模拟结果47-53
• 4.4.3 模拟结果分析53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 矿柱稳定性可视化验证与分析57-74
• 5.1 CMS采空区探测原理与方法57-59
• 5.1.1 CMS系统原理57-58
• 5.1.2 采空区探测过程58-59
• 5.2 三维模型构建59-66
• 5.2.1 实测空区模型构建59-63
• 5.2.2 采场设计模型构建63-65
• 5.2.3 采空区单一模型构建65-66
• 5.3 两面临空矿柱稳定性可视化验证66-69
• 5.3.1 高度为30m矿柱稳定性实测验证67
• 5.3.2 高度为60m矿柱稳定性实测验证67-69
• 5.4 “隔一采一”方式下单面临空矿柱稳定性实测验证69-73
• 5.4.1 单面临空的56-7~#矿柱稳定性验证69-70
• 5.4.2 回采过程中56-7~#矿柱稳定性验证70-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 矿柱垮塌量计算与垮塌预防对策74-83
• 6.1 矿柱垮塌量及存留矿量计算74-78
• 6.1.1 探测空区体积74
• 6.1.2 采场垮塌范围74-76
• 6.1.3 采场存留矿量76-78
• 6.2 矿柱垮塌原因与影响78-79
• 6.2.1 垮塌原因分析78
• 6.2.2 矿柱垮塌对生产的影响78-79
• 6.3 垮塌矿柱处理方法79-80
• 6.3.1 指导思想79
• 6.3.2 处理措施79-80
• 6.4 矿柱失稳的预防控制措施80-82
• 6.4.1 调整回采顺序80
• 6.4.2 快速充填80-81
• 6.4.3 综合监测81
• 6.4.4 加强地质调查81-82
• 6.5 本章小结82-83
• 第七章 全文总结与展望83-85
• 7.1 全文结论83
• 7.2 本文创新点83-84
• 7.3 下一步工作84-85
• 参考文献85-92
• 致谢92-93
• 攻读学位期间的主要科研成果93

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