某铁矿地下开采岩层移动特征及地表变形规律研究
发布时间：2021-04-22 20:42
地下开采造成的顶板破坏和地表沉陷一直以来都是矿山工作面临的难题之一。国内外有许多金属矿山地下开采造成顶板失稳、地表塌陷等问题,因此对矿山这一方面的研究十分必要。研究掌握地下采矿活动对岩层、地表的影响规律,对矿山工作有一定指导意义。本文以某铁矿无底柱分段崩落法实际地下开采情况为工程背景。通过运用SURPAC、FLAC3D分别进行数值模型建立和数值模拟,分析不同开采深度的顶板岩层和地表变形规律。以及采用顶板冒落、围岩应力位移和地表变形多种监测手段,联合起来监测顶板围岩和地表的稳定性。本文主要研究内容及结论如下:（1）通过收集矿山资料以及进行岩石力学试验等方法,为后续研究做好矿岩物理力学参数的准备。（2）通过开采沉陷学和地下开采的相关理论,结合矿山实际开采背景分析地下开采引起岩层移动和地表变形的基本规律,初步掌握该铁矿顶板岩层移动形式主要为冒落,地表移动变化与矿体埋深、空区大小、开采深度等因素有关。借助冒落模型,进一步分析出冒落属于“绕流”模式。通过计算得到采空区顶板岩层发生破坏冒落的临界跨度约为140m,顶板岩层安全厚度随开采跨度的变化曲线为H=0.467L+5.21...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外岩层移动与地表沉陷研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文研究的主要内容及研究技术路线
1.3.1 论文研究主要内容
1.3.2 研究的技术路线
第二章 矿山地质概况
2.1 矿体工程地质概况
2.1.1 矿体特征
2.1.2 矿石及其构造特征
2.2 矿区水文地质概况
2.2.1 地表水及地下含水岩组
2.2.2 主要断裂构造及其富水特征
2.3 工程地质调查与评价
2.3.1 矿岩物理力学参数
2.3.2 岩体质量分类分级
2.3.3 岩石力学参数
2.4 本章小结
第三章 地下开采引起岩层移动与地表变形分析
3.1 岩层移动与地表变形理论分析
3.1.1 岩层移动及破坏形式
3.1.2 上覆岩层分布特征及冒落模式分析
3.1.3 地表移动和变形分析
3.1.4 岩层移动角的确定
3.2 顶板力学模型分析及岩层厚度计算
3.2.1 顶板岩层力学模型分析
3.2.2 自然压力拱和厚跨比法
3.2.3 顶板岩层安全厚度计算
3.3 岩体滑动分析
3.3.1 沿单结构面滑动
3.3.2 沿双结构面滑动
3.3.3 塌落（滑动）
3.3.4 关键块体的特征参数
3.4 本章小结
第四章 矿山地下开采的数值模拟分析
4.1 数值模拟软件FLAC3D的简介
4.2 数值计算模型的建立
4.2.1 计算数值模型建立流程
4.2.2 基于SURPAC模型建立FLAC3D计算模型
4.3 数值模型参数及模拟方案
4.3.1 模型介质参数
4.3.2 模型破坏准则
4.3.3 数值模拟方案
4.4 数值模拟及结果分析
4.4.1 初始应力场
4.4.2 开采现状模拟过程结果分析
4.4.3 采空区充填后模拟结果对比分析
4.4.4 全矿体开采结束模拟应力和位移分析
4.5 本章小结
第五章 岩层与地表移动监测分析
5.1 空区顶板冒落监测
5.1.1 钻孔视频仪简介
5.1.2 现场监测
5.1.3 监测数据结果分析
5.2 顶板围岩应力和位移监测
5.2.1 在线监测系统
5.2.2 在线监测预警值确定
5.2.3 监测数据结果分析
5.3 地表变形监测
5.3.1 监测仪器和数据处理软件
5.3.2 监测点埋设及布置
5.3.3 监测及结果分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]河流下开采岩层移动及地表变形预测研究[J]. 丁飞,付俊,周罕,唐绍辉,黄英华. 矿冶工程. 2019(05)
[2]地下开采引起地表变形的有限元数值模拟[J]. 徐博,吕义清. 煤炭技术. 2017(11)
[3]急倾斜金脉群地下开采岩移规律数值模拟分析研究[J]. 付俊,黄英华,唐绍辉. 有色金属(矿山部分). 2017(05)
[4]典型地质条件下采动覆岩变形破坏规律的试验研究[J]. 王新丰,李隆钦,邱引贵. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2017(03)
[5]急斜煤层开采覆岩非均衡破坏机理分析[J]. 王明立,张玉卓,张华兴. 采矿与安全工程学报. 2010(04)
[6]基于地下深部工程岩体特性的RMR系统修正[J]. 刘业科,曹平,衣永亮,张向阳,陈锐. 中南大学学报(自然科学版). 2010(04)
[7]金属矿山崩落法开采顶板围岩崩落机理与塌陷规律[J]. 宋卫东,杜建华,尹小鹏,唐国友. 煤炭学报. 2010(07)
[8]复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. 黄平路,陈从新,肖国峰,林健. 岩土力学. 2009(10)
[9]复杂采空区顶板最小安全厚度的确定方法[J]. 田志恒,聂永祥. 采矿技术. 2009(05)
[10]基于三维建模技术的矿山移动范围圈定[J]. 黄敏,李夕兵,曾凌方,董陇军,张毅. 矿冶工程. 2009(04)
博士论文
[1]开采沉陷区残余变形时空演化规律及其对地面建筑影响[D]. 鲁明星.北京科技大学 2019
[2]倾斜厚大矿体崩落法开采顶板围岩冒落机理与演化规律研究[D]. 朱鹏瑞.北京科技大学 2019
[3]基于关键层结构的地表沉陷预计方法研究[D]. 何昌春.中国矿业大学 2018
[4]基于FDM的地下开采诱发岩层力学行为动态模拟方法研究[D]. 赵坤阳.中国地质大学(北京) 2018
[5]矿山空区诱发的岩移特征及覆盖层冒落效应研究[D]. 张耀平.中南大学 2010
[6]急倾斜煤层开采岩层破坏机理及地表移动理论研究[D]. 王明立.煤炭科学研究总院 2008
[7]工程开挖引起的地表移动与变形模型及监测技术研究[D]. 贺跃光.中南大学 2003
硕士论文
[1]金山店铁矿西区地下开采引起的地表和岩层移动机理研究[D]. 庞厚利.安徽理工大学 2019
[2]关键层对地表移动范围影响的数值模拟研究[D]. 胡盼庆.太原理工大学 2019
[3]基于Adaboost改进的BP神经网络地表沉陷预测研究[D]. 赵云红.西安科技大学 2019
[4]告成矿覆岩反倾区开采顶板移动及地表变形规律[D]. 董明丽.河南理工大学 2015
[5]金属矿山三带分布数值模拟研究[D]. 吴静.广西大学 2012
[6]基于BP神经网络的金属矿开采地表移动角预测研究[D]. 武玉霞.中南大学 2008
[7]地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究[D]. 袁义.中南大学 2008
本文编号：3154436
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外岩层移动与地表沉陷研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文研究的主要内容及研究技术路线
1.3.1 论文研究主要内容
1.3.2 研究的技术路线
第二章 矿山地质概况
2.1 矿体工程地质概况
2.1.1 矿体特征
2.1.2 矿石及其构造特征
2.2 矿区水文地质概况
2.2.1 地表水及地下含水岩组
2.2.2 主要断裂构造及其富水特征
2.3 工程地质调查与评价
2.3.1 矿岩物理力学参数
2.3.2 岩体质量分类分级
2.3.3 岩石力学参数
2.4 本章小结
第三章 地下开采引起岩层移动与地表变形分析
3.1 岩层移动与地表变形理论分析
3.1.1 岩层移动及破坏形式
3.1.2 上覆岩层分布特征及冒落模式分析
3.1.3 地表移动和变形分析
3.1.4 岩层移动角的确定
3.2 顶板力学模型分析及岩层厚度计算
3.2.1 顶板岩层力学模型分析
3.2.2 自然压力拱和厚跨比法
3.2.3 顶板岩层安全厚度计算
3.3 岩体滑动分析
3.3.1 沿单结构面滑动
3.3.2 沿双结构面滑动
3.3.3 塌落（滑动）
3.3.4 关键块体的特征参数
3.4 本章小结
第四章 矿山地下开采的数值模拟分析
4.1 数值模拟软件FLAC3D的简介
4.2 数值计算模型的建立
4.2.1 计算数值模型建立流程
4.2.2 基于SURPAC模型建立FLAC3D计算模型
4.3 数值模型参数及模拟方案
4.3.1 模型介质参数
4.3.2 模型破坏准则
4.3.3 数值模拟方案
4.4 数值模拟及结果分析
4.4.1 初始应力场
4.4.2 开采现状模拟过程结果分析
4.4.3 采空区充填后模拟结果对比分析
4.4.4 全矿体开采结束模拟应力和位移分析
4.5 本章小结
第五章 岩层与地表移动监测分析
5.1 空区顶板冒落监测
5.1.1 钻孔视频仪简介
5.1.2 现场监测
5.1.3 监测数据结果分析
5.2 顶板围岩应力和位移监测
5.2.1 在线监测系统
5.2.2 在线监测预警值确定
5.2.3 监测数据结果分析
5.3 地表变形监测
5.3.1 监测仪器和数据处理软件
5.3.2 监测点埋设及布置
5.3.3 监测及结果分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]河流下开采岩层移动及地表变形预测研究[J]. 丁飞,付俊,周罕,唐绍辉,黄英华. 矿冶工程. 2019(05)
[2]地下开采引起地表变形的有限元数值模拟[J]. 徐博,吕义清. 煤炭技术. 2017(11)
[3]急倾斜金脉群地下开采岩移规律数值模拟分析研究[J]. 付俊,黄英华,唐绍辉. 有色金属(矿山部分). 2017(05)
[4]典型地质条件下采动覆岩变形破坏规律的试验研究[J]. 王新丰,李隆钦,邱引贵. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2017(03)
[5]急斜煤层开采覆岩非均衡破坏机理分析[J]. 王明立,张玉卓,张华兴. 采矿与安全工程学报. 2010(04)
[6]基于地下深部工程岩体特性的RMR系统修正[J]. 刘业科,曹平,衣永亮,张向阳,陈锐. 中南大学学报(自然科学版). 2010(04)
[7]金属矿山崩落法开采顶板围岩崩落机理与塌陷规律[J]. 宋卫东,杜建华,尹小鹏,唐国友. 煤炭学报. 2010(07)
[8]复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. 黄平路,陈从新,肖国峰,林健. 岩土力学. 2009(10)
[9]复杂采空区顶板最小安全厚度的确定方法[J]. 田志恒,聂永祥. 采矿技术. 2009(05)
[10]基于三维建模技术的矿山移动范围圈定[J]. 黄敏,李夕兵,曾凌方,董陇军,张毅. 矿冶工程. 2009(04)
博士论文
[1]开采沉陷区残余变形时空演化规律及其对地面建筑影响[D]. 鲁明星.北京科技大学 2019
[2]倾斜厚大矿体崩落法开采顶板围岩冒落机理与演化规律研究[D]. 朱鹏瑞.北京科技大学 2019
[3]基于关键层结构的地表沉陷预计方法研究[D]. 何昌春.中国矿业大学 2018
[4]基于FDM的地下开采诱发岩层力学行为动态模拟方法研究[D]. 赵坤阳.中国地质大学(北京) 2018
[5]矿山空区诱发的岩移特征及覆盖层冒落效应研究[D]. 张耀平.中南大学 2010
[6]急倾斜煤层开采岩层破坏机理及地表移动理论研究[D]. 王明立.煤炭科学研究总院 2008
[7]工程开挖引起的地表移动与变形模型及监测技术研究[D]. 贺跃光.中南大学 2003
硕士论文
[1]金山店铁矿西区地下开采引起的地表和岩层移动机理研究[D]. 庞厚利.安徽理工大学 2019
[2]关键层对地表移动范围影响的数值模拟研究[D]. 胡盼庆.太原理工大学 2019
[3]基于Adaboost改进的BP神经网络地表沉陷预测研究[D]. 赵云红.西安科技大学 2019
[4]告成矿覆岩反倾区开采顶板移动及地表变形规律[D]. 董明丽.河南理工大学 2015
[5]金属矿山三带分布数值模拟研究[D]. 吴静.广西大学 2012
[6]基于BP神经网络的金属矿开采地表移动角预测研究[D]. 武玉霞.中南大学 2008
[7]地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究[D]. 袁义.中南大学 2008
本文编号：3154436
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