高阶段两步回采采场地压动态演化规律及其结构优化研究
发布时间：2021-11-09 04:58
李楼-吴集铁矿生产能力为750万t/a,是国内大型的地下金属矿山之一,大结构采场、高效率无轨开采成为支撑矿山规模化开采的基本手段。李楼-吴集矿山采用两步骤嗣后充填采矿法,阶段高度100 m,矿房和矿柱宽度均为20 m,侧向暴露面积达到4000 m2～6000 m2。随着李楼-吴集铁矿在-400 m阶段大规模开采过程中,沿脉巷顶板冒落、围岩片帮、支护脱落等地压灾害严重制约矿山安全高效开采。因此,本文以矿山-400 m阶段采场为工程背景,通过原位地应力测量、采场围岩地压监测、充填体内部应力监测、FLAC 3D数值模拟等多种方法综合研究高阶段两步回采地压活动规律,重点解决矿山大结构采场的稳定性和结构参数优化等技术问题。主要研究内容如下:（1）采用前端数字化空心包体应变计对李楼-吴集矿区-300m分段、-350 m分段和-400 m分段水平的12个测点进行现场地应力实测,获得了矿区地应力场的空间分布规律,同时利用多元回归拟合方法,对矿区进行了地应力场拟合反演,建立了地应力场回归模型,并结合矿区地质构造,确定矿区属于逆断型转呈平移型应力状态。（2）结合李楼矿区-400m阶段的地压调查,确定了高阶...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：214 页
【学位级别】：博士
【图文】：
图２－１岩体中一点原岩应力状态示意图??无限体中的钻孔，受到无穷远处的三维应力场（ａｘ，ＣＴｙ，??ＣＴｚ）?Ｔｘｙ＞?Ｔｙｘ＞??
?高阶段两步回采采场地压动态演化规律及其结构优化研究???其中至少有６个独立方程，因此可求解出原岩应力的６个分量。??ｐＫ??图２－２三维钻孔围岩应力分布状态图??ｎ?Ｚ??〇Ｚ?Ｉ??１??？?ｔｅｚ??Ｅｚ??？?￡４５??—？?６１３５?＼?／??？?Ａ??〇ｅ?＼?／?〇ｅ?０??ＮＺ＿?８０??ＩＩ???Ｉ０ｚ????〇ｚ??图２－３电阻应变花的受力状态??应力－应变关系公式如下［１］：??％?＝去｛（〇＼?＋＼）＋２（１－（／）［（〇？，－〇■｝?）ｃｏｓ２沒－ｓｉｎ?２０］?－?｝?（２－１）??＼?＝?士卜厂。（１?＋?°＾）］?（２＿２）??＝＾（１?＋?＾）（＾ｃｏｓ０－ｒ？ｓｉｎ０）?（２＇３）??ＪｔＬ??，士?（６?＋?Ａ?土ｋ）?（２＿４）??式中：？分别为空心包体所测周向应变、轴向应变和剪切应变值。??测量过程中，空心包体应变计安装完成后，探头和孔壁在相当大的一个??面积上胶结在一起，胶结质量较好，同时胶结剂还可进一步注入应变计周围??岩体中的节理、裂隙和缺陷中，使岩石更加整体化。由空心包体应变计所测??应力解除过程中的应变数据计算地应力的公式和孔壁应变计具有相同的形式。??但由于在空心包体应变计中，应变片嵌埋于应变计的筒壁中，而不是粘贴在??孔壁上，其与孔壁有１．５ｍｍ左右的距离，因而其测出的应变值和孔壁应变计??测出的应变值是有差别的。为了修正这一差别，沃罗特尼基和沃尔顿［１］在公??式（２－１）？（２－３）中加了四个修正系数ｋ＂ｋ２、ｋ３、ｋ４（统称ｋ系数），呈现如下的??－６－??
值；??Ｓ０、Ｓｚ－围压引起的平均周向应变和平均轴向应变；??ｒ、Ｒ－套孔岩芯的内、外径。??由于在空心包体应变计中，应变片不是直接粘贴在孔壁上，故需采用由??蔡美峰院士推导出来的修正公式，如公式（２－１５）式所示［８］：??２／?ｔ?（２－１５）??ｓｅＲ２－ｒ２??该式中的ｋｉ就是（２－５）式中的ｋｉ。由公式可以看出，求ｋ系数时需要知??道Ｅ值，而求Ｅ时又需要知道ｋ系数值，因此必须用迭代法求解。??应力解除法测量技术已形成了一套标准化的程序，具体实施步骤［８］如下??图图２－４。??｜?套芯大孔?｜?安装探头??■?ＴＴ＿４１??ＩＩ—????膠?１?（０??（ａ）?（ｃ）??Ｌ?套芯小孔?｜?套孔取芯??议放／沒诏所扮汾的访從时松玢??ｒａ５５＾５５＾?Ｉ?辱??１?Ｉ??（ｂ）?（ｄ）??图２－４应力解除法测量步骤示意图??③声发射法??声发射法是基于岩石材料的凯泽效应来测定岩体地应力的一种方法。上??世纪５０年代，德国人凯泽（Ｊ．Ｋａｉｓｅｒ）发现金属的应力从其历史最高水平释??放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，??而当应力达到或超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象称作凯??泽效应［３＇凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从原岩中取回??定向的岩石试件，通过对不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，由应力??一声发射事件数（速率）曲线，即可确定每次试验的凯泽点，从而获得每个??试件不同方向以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始（历史）三维??－８－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某矿分段充填法采场结构参数优化及工程应用[J]. 杨春城. 矿业研究与开发. 2019(04)
[2]阶段嗣后充填采场结构参数的多目标多属性优化[J]. 兰明,刘志祥,李夕兵. 中南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]大规模充填采矿采场稳定性研究与结构参数优化[J]. 刘建东,解联库,曹辉. 金属矿山. 2018(12)
[4]新城金矿二步采场结构参数优化及应用[J]. 苏环,张丹丹,侯俊. 黄金. 2018(09)
[5]基于数字化CSIRO双温补偿方法的岩体扰动应力长期监测系统的研发与应用[J]. 李远,刘子斌,乔兰,付双双,王茜,吴世兵. 工程科学与技术. 2018(05)
[6]空心包体应变计地应力计算方法的探讨[J]. 闫振雄,王培涛. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[7]新疆某金矿分段充填法采场结构参数优化[J]. 王小宁,蔡嗣经,覃星朗. 矿业研究与开发. 2018(03)
[8]基于MIDAS/GTS的上向水平分层充填法结构参数优化[J]. 毛贵林. 采矿技术. 2018(02)
[9]锦屏深部地下实验室初始地应力测量实践[J]. 钟山,江权,冯夏庭,刘继光,李邵军,邱士利,吴世勇. 岩土力学. 2018(01)
[10]基于实测地应力的丹巴水电站深埋软岩引水隧道变形破坏规律及稳定性研究[J]. 陈发东. 水电能源科学. 2017(11)
博士论文
[1]金川二矿区充填体可靠度分析与1#矿体回采地压控制优化研究[D]. 韩斌.中南大学 2004
硕士论文
[1]桦树沟铜矿分段空场嗣后充填法采场稳定性研究[D]. 陈勃.西南科技大学 2018
[2]基于时效性充填进路采矿采场围岩稳定性研究[D]. 张玉烽.中国矿业大学 2017
[3]司家营铁矿二步矿房回采采场稳定性分析[D]. 李嘉惠.华北理工大学 2017
[4]膏体充填采矿关键安全问题研究[D]. 何发龙.中南大学 2013
[5]厚大破碎矿体二步矿房开采采场稳定性分析[D]. 姚银佩.中南大学 2011
[6]深部矿岩工程条件与开挖稳定性分析[D]. 杨红伟.中南大学 2010
[7]徐州矿区深部地应力测量及分布规律研究[D]. 朱伟.山东科技大学 2007
[8]小孔径水压致裂地应力测量技术研究及现场应用[D]. 张晓.煤炭科学研究总院 2004
[9]充填体对采场稳定性的影响[D]. 邹连军.昆明理工大学 2004
本文编号：3484671
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：214 页
【学位级别】：博士
【图文】：
图２－１岩体中一点原岩应力状态示意图??无限体中的钻孔，受到无穷远处的三维应力场（ａｘ，ＣＴｙ，??ＣＴｚ）?Ｔｘｙ＞?Ｔｙｘ＞??
?高阶段两步回采采场地压动态演化规律及其结构优化研究???其中至少有６个独立方程，因此可求解出原岩应力的６个分量。??ｐＫ??图２－２三维钻孔围岩应力分布状态图??ｎ?Ｚ??〇Ｚ?Ｉ??１??？?ｔｅｚ??Ｅｚ??？?￡４５??—？?６１３５?＼?／??？?Ａ??〇ｅ?＼?／?〇ｅ?０??ＮＺ＿?８０??ＩＩ???Ｉ０ｚ????〇ｚ??图２－３电阻应变花的受力状态??应力－应变关系公式如下［１］：??％?＝去｛（〇＼?＋＼）＋２（１－（／）［（〇？，－〇■｝?）ｃｏｓ２沒－ｓｉｎ?２０］?－?｝?（２－１）??＼?＝?士卜厂。（１?＋?°＾）］?（２＿２）??＝＾（１?＋?＾）（＾ｃｏｓ０－ｒ？ｓｉｎ０）?（２＇３）??ＪｔＬ??，士?（６?＋?Ａ?土ｋ）?（２＿４）??式中：？分别为空心包体所测周向应变、轴向应变和剪切应变值。??测量过程中，空心包体应变计安装完成后，探头和孔壁在相当大的一个??面积上胶结在一起，胶结质量较好，同时胶结剂还可进一步注入应变计周围??岩体中的节理、裂隙和缺陷中，使岩石更加整体化。由空心包体应变计所测??应力解除过程中的应变数据计算地应力的公式和孔壁应变计具有相同的形式。??但由于在空心包体应变计中，应变片嵌埋于应变计的筒壁中，而不是粘贴在??孔壁上，其与孔壁有１．５ｍｍ左右的距离，因而其测出的应变值和孔壁应变计??测出的应变值是有差别的。为了修正这一差别，沃罗特尼基和沃尔顿［１］在公??式（２－１）？（２－３）中加了四个修正系数ｋ＂ｋ２、ｋ３、ｋ４（统称ｋ系数），呈现如下的??－６－??
值；??Ｓ０、Ｓｚ－围压引起的平均周向应变和平均轴向应变；??ｒ、Ｒ－套孔岩芯的内、外径。??由于在空心包体应变计中，应变片不是直接粘贴在孔壁上，故需采用由??蔡美峰院士推导出来的修正公式，如公式（２－１５）式所示［８］：??２／?ｔ?（２－１５）??ｓｅＲ２－ｒ２??该式中的ｋｉ就是（２－５）式中的ｋｉ。由公式可以看出，求ｋ系数时需要知??道Ｅ值，而求Ｅ时又需要知道ｋ系数值，因此必须用迭代法求解。??应力解除法测量技术已形成了一套标准化的程序，具体实施步骤［８］如下??图图２－４。??｜?套芯大孔?｜?安装探头??■?ＴＴ＿４１??ＩＩ—????膠?１?（０??（ａ）?（ｃ）??Ｌ?套芯小孔?｜?套孔取芯??议放／沒诏所扮汾的访從时松玢??ｒａ５５＾５５＾?Ｉ?辱??１?Ｉ??（ｂ）?（ｄ）??图２－４应力解除法测量步骤示意图??③声发射法??声发射法是基于岩石材料的凯泽效应来测定岩体地应力的一种方法。上??世纪５０年代，德国人凯泽（Ｊ．Ｋａｉｓｅｒ）发现金属的应力从其历史最高水平释??放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，??而当应力达到或超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象称作凯??泽效应［３＇凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从原岩中取回??定向的岩石试件，通过对不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，由应力??一声发射事件数（速率）曲线，即可确定每次试验的凯泽点，从而获得每个??试件不同方向以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始（历史）三维??－８－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某矿分段充填法采场结构参数优化及工程应用[J]. 杨春城. 矿业研究与开发. 2019(04)
[2]阶段嗣后充填采场结构参数的多目标多属性优化[J]. 兰明,刘志祥,李夕兵. 中南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]大规模充填采矿采场稳定性研究与结构参数优化[J]. 刘建东,解联库,曹辉. 金属矿山. 2018(12)
[4]新城金矿二步采场结构参数优化及应用[J]. 苏环,张丹丹,侯俊. 黄金. 2018(09)
[5]基于数字化CSIRO双温补偿方法的岩体扰动应力长期监测系统的研发与应用[J]. 李远,刘子斌,乔兰,付双双,王茜,吴世兵. 工程科学与技术. 2018(05)
[6]空心包体应变计地应力计算方法的探讨[J]. 闫振雄,王培涛. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[7]新疆某金矿分段充填法采场结构参数优化[J]. 王小宁,蔡嗣经,覃星朗. 矿业研究与开发. 2018(03)
[8]基于MIDAS/GTS的上向水平分层充填法结构参数优化[J]. 毛贵林. 采矿技术. 2018(02)
[9]锦屏深部地下实验室初始地应力测量实践[J]. 钟山,江权,冯夏庭,刘继光,李邵军,邱士利,吴世勇. 岩土力学. 2018(01)
[10]基于实测地应力的丹巴水电站深埋软岩引水隧道变形破坏规律及稳定性研究[J]. 陈发东. 水电能源科学. 2017(11)
博士论文
[1]金川二矿区充填体可靠度分析与1#矿体回采地压控制优化研究[D]. 韩斌.中南大学 2004
硕士论文
[1]桦树沟铜矿分段空场嗣后充填法采场稳定性研究[D]. 陈勃.西南科技大学 2018
[2]基于时效性充填进路采矿采场围岩稳定性研究[D]. 张玉烽.中国矿业大学 2017
[3]司家营铁矿二步矿房回采采场稳定性分析[D]. 李嘉惠.华北理工大学 2017
[4]膏体充填采矿关键安全问题研究[D]. 何发龙.中南大学 2013
[5]厚大破碎矿体二步矿房开采采场稳定性分析[D]. 姚银佩.中南大学 2011
[6]深部矿岩工程条件与开挖稳定性分析[D]. 杨红伟.中南大学 2010
[7]徐州矿区深部地应力测量及分布规律研究[D]. 朱伟.山东科技大学 2007
[8]小孔径水压致裂地应力测量技术研究及现场应用[D]. 张晓.煤炭科学研究总院 2004
[9]充填体对采场稳定性的影响[D]. 邹连军.昆明理工大学 2004
本文编号：3484671
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3484671.html
