地下转露天采空区顶板安全厚度及其治理方案的研究

发布时间：2017-09-19 23:45

  本文关键词：地下转露天采空区顶板安全厚度及其治理方案的研究

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【摘要】：在我国的矿山开采过程中,许多露天矿山的深部存在有地下采空区,因此地下采空区顶板安全厚度确定和采空区治理方案是一个关键技术问题。为保证矿山安全生产、避免产生滑坡灾害,本文依托紫金山金铜矿工程对地下采空区安全顶板厚度及采空区治理方案进行研究。研究内容和成果如下系统分析了紫金山金铜矿工程地质条件及开采概况,并结合工程地质勘察资料,确定了矿区岩石力学参数。基于紫金山金铜矿的生产特点和工程地质条件,系统研究了地下转露天开采条件下影响边坡稳定性的主要因素及其破坏机制;建立了地下开采影响下边坡安全系数的计算方法。利用解析计算方法和经验计算方法,研究了跨度与采空区顶板最小安全厚度之间的关系,并求出了符合工程安全的顶板最小厚度。当采空区跨度较小时,矿房及顶板会更加稳定,越有利于采矿区域的安全。利用有限差分计算软件FLAC3D建立三维模型,分析地下转露天开采条件下边坡滑移机制与其破坏特点,研究了采空区顶板从拉弯破坏向压剪破坏转变的破坏机理。利用极限平衡法及临界滑移场理论对边坡稳定性进行了安全评价,并确定紫金山金铜矿地下转露天最小安全顶板厚度为45m。通过理论分析和数值计算,对采空区治理方案进行了优化研究,确定最佳治理方案,具体措施是当开采深度达到605m水平时停止露天向下延深开采,按层依次对每个矿房顶板进行爆破崩落,再从上向下分层依次进行,然后再对爆破后所产生的废石进行清理,以便确保上部边坡的安全。
【关键词】：地下转露天 边坡 安全顶板 治理方案
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD327.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 研究意义10-11
• 1.2.1 地下转露天的发展概况10-11
• 1.2.2 地下转露天开采在发展中遇到的问题11
• 1.3 国内外研究现状综述11-14
• 1.3.1 地下开采转露天开采的边坡稳定性研究现状11-12
• 1.3.2 地下采空区最小顶板安全厚度的计算方法12-13
• 1.3.3 采空区治理技术发展现状13-14
• 1.4 研究内容及技术路线14-16
• 1.4.1 研究目标14
• 1.4.2 研究内容14
• 1.4.3 技术路线14-16
• 第二章 矿区工程概况16-20
• 2.1 开采概况16-18
• 2.1.1 紫金山金铜矿开采概况16-17
• 2.1.2 边坡岩性过程特征17-18
• 2.2 露天边坡及地下采空区现状18-20
• 2.2.1 露天开采边坡现状18
• 2.2.2 地下采空区概况18-20
• 第三章 地下转露天开采顶板安全厚度的确定方法20-46
• 3.1 地下转露天开采边坡变形机制及地下采区顶板安全厚度的计算方法20-27
• 3.1.1 地下转露天开诱发边坡变形机制20-21
• 3.1.2 矿房顶板暴露面积的计算21-22
• 3.1.3 采空区最小安全顶板厚度的理论计算方法22-27
• 3.2 数值模拟分析法确定采空区顶板安全厚度27-31
• 3.2.1 建模方法27-30
• 3.2.2 力学模型的选择30-31
• 3.2.3 岩体物理力学参数的选取及边界条件确定31
• 3.3 数值模拟结果分析31-40
• 3.3.1 塑性区结果分析31-35
• 3.3.2 采空区顶板沉降变化特征35-38
• 3.3.3 水平应力分布变化特征38-40
• 3.4 不同顶板厚度条件下边坡稳定性分析40-45
• 3.4.1 不同顶板厚度沉降变形诱发西帮边坡稳定性分析40-42
• 3.4.2 不同顶板厚度沉降变形诱发东帮边坡稳定性分析42-45
• 3.5 本章总结45-46
• 第四章 矿房跨度对采空区顶板及边坡稳定性的影响46-54
• 4.1 矿柱所承受荷载的确定46-51
• 4.1.1 按“简支梁”进行结构计算47-48
• 4.1.2 按“连续梁”模型力学结构计算48-51
• 4.2 矿柱宽度及矿房跨度对顶板安全厚度的影响51-53
• 4.2.1 数值模拟塑性区结果图51-52
• 4.2.2 数值模拟沉降结果52-53
• 4.3 本章总结53-54
• 第五章 地下采空区治理方法的研究54-106
• 5.1 采空区分布特点及治理原则54-56
• 5.1.1 紫金山金铜矿采空区分布特点54-55
• 5.1.2 采空区治理原则55
• 5.1.3 采空区治理方案55-56
• 5.2 用废石充填采空区治理方案56-61
• 5.2.1 充填法的数值模拟分析56-58
• 5.2.2 充填法治理采空区的安全性评价58-59
• 5.2.3 治理方案的工程造价分析59-61
• 5.3 崩落顶板治理采空区方案61-81
• 5.3.1 崩落法治理采空区安全性的数值模拟分析61-76
• 5.3.2 使用崩落法治理采空区的安全性评价76-78
• 5.3.3 崩落法成本计算78-81
• 5.4 充填崩落联合法治理方案81-91
• 5.4.1 充填崩落联合法数值模拟81-86
• 5.4.2 充填崩落联合法治理采空区的安全性评价86-87
• 5.4.3 充填崩落联合法成本分析87-91
• 5.5 两端充填与中间崩落治理方案91-95
• 5.5.1 充填两端采空区治理方案的数值模拟分析91-92
• 5.5.2 两端充填中间崩落法治理方案的安全性分析92-93
• 5.5.3 两端充填中间崩落法的成本分析93-95
• 5.6 分步依次崩落顶板治理采空区95-104
• 5.6.1 分步依次崩落顶板的数值模拟95-103
• 5.6.2 分步崩落顶板治理方案的成本分析103-104
• 5.7 本章总结104-106
• 第六章 结论与展望106-108
• 6.1 主要结论106-107
• 6.2 研究展望107-108
• 参考文献108-112
• 在学研究成果112-113
• 致谢113

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