规模残采条件下水平采空区群失稳动力响应及控制技术

发布时间：2017-10-03 23:31

  本文关键词：规模残采条件下水平采空区群失稳动力响应及控制技术

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【摘要】：矿产资源具有不可再生性,在供给日趋紧张的形势下,如何充分利用残矿资源越来越受到人们的关注。为了最大限度地回采残矿体,需对空区之间的预留间柱进行开采作业。其间爆破作业除了对间柱结构产生作用外,还对周边顶(底)板岩体产生一定的扰动,进而影响水平采空区群的整体稳定性。因此,开展规模残采下水平采空区群失稳动力响应与控制技术研究,对减少矿山工程地质灾害具有重要意义。论文以某大型地下金矿山的残矿开采工程为研究对象,借助岩体力学和结构动力学相关理论以及数值模拟方法,对规模残采条件下的水平采空区群失稳动力响应开展相关研究,并提出相应的主、被动控制技术措施。论文的主要工作及取得的研究成果如下:(1)系统地分析了规模残采条件下水平采空区群的稳定性影响因素,包括单元采空区稳定性因素、间柱稳定性因素、水平采空区群组合结构因素和规模化开采因素。(2)创造性地提出了水平采空区群类非线性动力响应模型分析方法,通过算例验证了模型的合理性,分析了水平采空区群的动力响应规律。类非线性模型能较好地对瞬时性、持续性和分段式动载荷作出响应;与定性取值方法相比,类非线性因子p的定量取值方法具有较高的精度;对比线性模型,类非线性模型结果与数值模拟更加吻合,揭示了水平采空区群的动力响应规律。(3)构建了工况2(间柱1已回采)下复杂水平采空区群的类非线性动力响应模型和FLAC3D数值模型,探讨了该工况条件下的动力响应和应力响应规律。当结构发生改变时,动载荷下水平采空区群动力响应变化最大的位置是结构改变处岩体m3-1和m3-2,其余岩体则发生小幅度的变化;爆破荷载对其作用岩体的应力分布产生较明显的影响。现场工程应用验证了类非线性动力响应模型和数值模拟的可靠性。(4)借助类非线性动力响应模型和FLAC3D数值模拟,分析了单层和多层水平采空区群多间柱规模残采的位移场、速度场、应力场响应特征及分布规律。综合分析结果可知,单层方案Ⅱ和多层方案Ⅳ具有较高的合理性,通过现场监测对单层方案Ⅱ的可靠性进行了验证。(5)在类非线性动力响应模型的基础上,确定了单次爆破最大用药量;经动力响应对比分析,采用多段微差爆破、多间柱相向爆破以及充填关键空区等主被动控制技术能有效降低爆破振动效应。
【关键词】：安全工程 水平采空区群 残矿 动力响应 类非线性模型
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD325.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 残矿资源概述12-13
• 1.3 国内外研究现状13-21
• 1.3.1 残矿回采技术研究13-15
• 1.3.2 残矿回采稳定性研究15-16
• 1.3.3 采空区稳定性研究16-18
• 1.3.4 采空区群稳定性研究18-21
• 1.4 既有研究不足21
• 1.5 主要研究内容与技术路线21-23
• 1.5.1 主要研究内容21-22
• 1.5.2 技术路线22-23
• 第二章 规模残采条件下水平采空区群稳定性因素分析23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 单元采空区稳定性因素23-27
• 2.2.1 地质因素23-25
• 2.2.2 采空区形态因素25-26
• 2.2.3 工程因素26-27
• 2.3 间柱稳定性因素27-28
• 2.4 水平采空区群组合结构因素28-30
• 2.4.1 单层水平采空区群组合结构因素28-29
• 2.4.2 多层水平采空区群组合结构因素29-30
• 2.5 规模化开采因素30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 基于结构离散的水平采空区群类非线性动力响应模型31-49
• 3.1 引言31-32
• 3.2 结构离散化原理32
• 3.3 水平采空区群类非线性动力响应模型32-39
• 3.3.1 离散化处理32-33
• 3.3.2 基本假设33
• 3.3.3 模型构建33-35
• 3.3.4 参数确定35-39
• 3.4 类非线性动力响应模型验证39-47
• 3.4.1 算例 139-43
• 3.4.2 算例 243-45
• 3.4.3 算例 345-47
• 3.5 讨论47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 水平采空区群规模残采动力稳定性研究49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 规模残采工程背景49-50
• 4.3 规模残采静力分析50-53
• 4.3.1 数值模型构建50-51
• 4.3.2 最大主应力变化特征51-52
• 4.3.3 竖直位移变化特征52-53
• 4.4 规模残采动力响应分析53-57
• 4.4.1 类非线性动力响应模型构建53-54
• 4.4.2 位移响应特征分析54-56
• 4.4.3 速度响应特征分析56-57
• 4.5 规模残采应力响应分析57-59
• 4.5.1 最大主应力特征分析57-58
• 4.5.2 最小主应力特征分析58-59
• 4.5.3 剪应变增量特征分析59
• 4.6 工程应用及其效果评析59-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第五章 多间柱残采条件下水平采空区群动力稳定性研究63-81
• 5.1 引言63
• 5.2 多间柱残采方案设计63-65
• 5.2.1 单层水平采空区群多间柱残采方案63-64
• 5.2.2 多层水平采空区群多间柱残采方案64-65
• 5.3 单层水平采空区群动力稳定性分析65-71
• 5.3.1 动力响应分析65-68
• 5.3.2 应力响应分析68-71
• 5.4 多层水平采空区群动力稳定性分析71-76
• 5.4.1 动力响应分析71-73
• 5.4.2 应力响应分析73-76
• 5.5 多间柱残采方案选择76-78
• 5.5.1 单层水平采空区群76-77
• 5.5.2 多层水平采空区群77-78
• 5.6 多间柱残采现场监测78-79
• 5.7 本章小结79-81
• 第六章 水平采空区群规模残采动力失稳控制技术研究81-91
• 6.1 引言81
• 6.2 主动控制技术81-86
• 6.2.1 控制爆破用药量81-83
• 6.2.2 多段微差爆破83-84
• 6.2.3 多间柱相向爆破84-86
• 6.3 被动控制技术86-90
• 6.3.1 改变爆破参数86-87
• 6.3.2 充填关键空区87-90
• 6.4 本章小结90-91
• 结论与展望91-94
• 结论91-92
• 展望92-94
• 参考文献94-101
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果101-102
• 致谢102-103
• 附件103

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本文编号：967385