高地应力测量及矿柱尺寸设计

发布时间：2017-09-10 03:02

  本文关键词：高地应力测量及矿柱尺寸设计

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【摘要】：随着全球化进程加快,各国对各种自然资源需求量在不断地增加,使得浅层自然资源日益减少。目前,国内外许多能源开采都相继进入到深部采掘状态,而在深部作业时经常遇到“三高”问题(高地应力、高温、高水压)。其中,由高地应力引起的一系列问题随之而来。因此,在高地应力作用下对矿柱的留设及其稳定性的分析显得尤为重要。目前,对于高地应力的探测,主要有非弹性应变恢复法、声发射法、水压致裂法、岩芯提取(饼化)法等方法,其中最为有效和传统的方法是岩芯提取方法,即通过提取的岩芯饼化形式和程度来判断地应力的大小和方向。为了更加直观理解岩芯饼化法是测量高地应力的有效方法,本文通过数值模拟的方法再现了不同地应力组合情况下的岩芯饼化的现象并分析了形成原因。结果表明： (1)当地应力超过一定值时才能出现饼化现象即高地应力时才有饼化现象； (2)径向应力(水平应力)是影响岩芯饼化的主要因素,轴向应力(竖直应力)只是使岩芯表面产生局部破坏； (3)当径向应力一定的情况下,随着轴向应力的增大,岩芯饼化现象逐渐减弱；当保持轴向应力值一定时,随着径向应力的增大岩芯饼化现象越来越明显； (4)通过饼化现象验证了候发亮学者提出的公式的合理性。该方法不仅能够模拟岩芯饼化的过程,而且能够了解应力转变的过程,为如何通过饼化现象判断地应力大小和方向提供的可靠的理论依据。在充分理解和研究高应力作用下岩芯饼化过程以及形成机制基础上,我们针对矿山矿柱尺寸的设计情况,设定五种矿柱尺寸,研究高应力作用下的矿柱尺寸设计。共设计了不同宽高比：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5五种矿柱尺寸；不同倾角的矿柱模型：0°、10°、20°、30°、40°等五种矿柱留设角度情况；四种不同侧压力系数：0.5、1.0、1.5、2.0,模拟矿山开采的地应力级别。通过这些模型的模拟设计,寻求矿柱失稳规律的研究,为矿柱尺寸设计提供依据。模拟结果表明： (1)随着矿柱宽高比尺寸的增加,矿柱的破坏方式由拉破坏变为压剪破坏,因此在进行矿柱尺寸设计时应尽量增加矿柱尺寸；(2)矿柱与σ 1的位置关系是影响矿柱岩爆发生的一个重要因素,在实际矿柱设计中应尽量减小矿柱的倾斜度； (3)对于倾斜矿柱,由于最大应力非对称地分布,而且此时的矿柱边角起到了支撑作用,因此不适合用经验公式来确定矿柱平均应力； (4)开挖期间矿柱边缘处开始应力积累,当积累到达了矿柱边缘处的承载力,矿柱边缘就会发生破坏,应力得以释放。释放出的应力向矿柱中心区域转移,进而导致了矿柱了整体失稳。该模拟设计为实际工程中高应力作用下的矿柱设计提供了理论参考依据。
【关键词】：高地应力 岩芯饼化法 矿柱 尺寸设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 地应力研究现状10-13
• 1.2.2 高地应力作用下的矿柱尺寸设计研究现状13-14
• 1.3 问题的提出及本文研究内容14-16
• 1.3.1 问题提出14-15
• 1.3.2 本文研究内容15-16
• 2 岩石失稳本质及分析系统介绍16-22
• 2.1 岩石本构关系的细观统计损伤模型16-19
• 2.1.1 岩石的基本特征—非均匀性16
• 2.1.2 岩石介质非均匀性的统计理论描述16-18
• 2.1.3 岩石细观本构关系18-19
• 2.2 岩石破裂过程分析系统19-22
• 2.2.1 模型的基本构成单元—基元19-20
• 2.2.2 基元的相变20
• 2.2.3 岩石破裂过程分析系统介绍20-22
• 3 岩芯饼化测量高地应力方法22-35
• 3.1 引言22
• 3.2 数值模拟方案及参数选取22-23
• 3.3 数值模拟结果23-33
• 3.3.1 径向应力对岩芯饼化影响分析23-28
• 3.3.2 轴向应力对岩芯饼化影响分析28-30
• 3.3.3 不同应力组合对岩芯饼化影响分析30-33
• 3.4 实际工程中岩芯饼化发生条件33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 高地应力下矿柱尺寸设计35-53
• 4.1 引言35-36
• 4.2 模型建立36-38
• 4.2.1 模型简介36-37
• 4.2.2 力学参数37-38
• 4.3 模拟结果及分析38-51
• 4.3.1 不同宽高比下的矿柱破裂分析38-43
• 4.3.2 不同侧压力系数对矿柱强度影响43-45
• 4.3.3 倾斜矿柱中边角应力分析45-48
• 4.3.4 数值模拟结果对现场数据的证实48-49
• 4.3.5 开挖导致矿柱中应力重分布49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62

【参考文献】

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1 王成虎;;地应力主要测试和估算方法回顾与展望[J];地质论评;2014年05期

2 李彦恒;谭可可;冯利;;基于岩饼几何形态测量的原地应力测定方法[J];岩土力学;2012年S2期

3 钟应伟;万文;赵延林;刘杰;王敏;;瓮福磷矿矿柱安全留设尺寸确定与现场监测[J];矿业工程研究;2012年03期

4 王晓军;冯萧;杨涛波;赵康;赵奎;;深部回采人工矿柱合理宽度计算及关键影响因素分析[J];采矿与安全工程学报;2012年01期

5 王玉山;;矿柱失稳破坏的力学模式研究[J];采矿技术;2011年03期

6 杨涛波;王晓军;熊雪强;李闯;胡慧明;;房柱法深部开采人工矿柱合理宽度设计[J];有色金属科学与工程;2011年02期

7 邹平;李爱兵;刘正宇;尹彦波;;某石灰石矿隔离矿柱厚度的确定[J];有色金属(矿山部分);2011年02期

8 刘钦;刘志祥;刘爱华;李威;;金矿采场结构参数混沌优化[J];采矿与安全工程学报;2010年04期

9 姜谙男;曾正文;唐春安;;岩芯成饼单元安全度三维数值试验及地应力反馈分析[J];岩石力学与工程学报;2010年08期

10 王在泉;李华峰;;矿柱抗剪安全系数的数值计算方法及分析[J];采矿与安全工程学报;2010年02期

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本文编号：824337