急倾斜矿体覆岩放矿钢丝绳-混凝土柔性假顶作用机理研究

发布时间：2017-06-22 02:15

  本文关键词：急倾斜矿体覆岩放矿钢丝绳-混凝土柔性假顶作用机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：覆岩下放矿的主要特征是大量崩落的废石与矿石直接接触,因而回采矿石的损失和贫化较大,实践证明,人工假顶能够较好的起到隔离废石的作用,但在大量崩落矿岩的崩落法中应用较少,同时对覆岩下放矿假顶的作用机理还缺乏进一步的试验与理论研究。本文在总结和分析大量文献的基础上,结合金属网柔性假顶与钢筋混凝土刚性假顶的作用特点,针对急倾斜矿体覆岩下放矿提出了钢丝绳-混凝土柔性假顶,假顶由钢丝绳(大网格)、钢筋网(小网格)和混凝土组成,拟在矿块最上分层切顶全面铺设假顶并形成覆盖层,然后在假顶下方大量崩落矿石,假顶四周边界无固定,在放矿过程中随矿岩界面逐渐下移和产生相应的变形,实现矿废隔离的放矿方式。假顶允许混凝土断裂成块状结构,利用钢丝绳和钢筋网的抗拉强度承担荷载,假顶呈现“局部刚性,整体柔性”的变形特性。本文针对钢丝绳-混凝土柔性假顶在放矿过程中的作用机理开展研究,首先在理论上建立了钢丝绳-混凝土柔性假顶的简化力学模型并分析其变形特性条件；其次通过室内放矿相似模拟试验展现钢丝绳-混凝土柔性假顶的作用过程；然后结合数值模拟分析了钢丝绳-混凝土柔性假顶在放矿过程中的受力状态并进行了对比分析。本文主要内容总结如下：1、针对急倾斜矿体覆岩下放矿提出了钢丝绳-混凝土柔性假顶的概念并阐述了作用形式,其具有以下特点：①允许混凝土在合力作用点破坏成若干块状结构；②利用钢筋网与混凝土的粘结作用,破坏后的混凝土块体仍然连接成一个整体；③充分利用钢丝绳和钢筋网的抗拉强度来承担荷载的作用；④钢丝绳一混凝土柔性假顶的“柔性”作用是相对的概念,并不是假顶材料为柔性,而是指混凝土破坏后假顶产生大变形的状态。2、基于土拱理论、土条理论、材料力学、结构力学以及弹性力学建立了假顶简化力学模型并分析了假顶“局部刚性,整体柔性”变形特性的验算条件,结合放矿相似模拟试验对假顶的变形特性进行了验证,结果显示假顶整体强度达到变形条件时可实现“局部刚性,整体柔性”。3、带柔性假顶单斗放矿的矿石放出量是废石覆盖层单斗放矿的4.4倍,多斗放矿矿石总体回收率提高了20%左右,带柔性假顶放矿对提高矿石的回收率具有明显的效果。单斗放矿假顶的最大下移量与放出量呈现良好的线性关系：S1=0.004560Qf,平均挠度与矿石放出量具有良好的对数关系：D=46.94ln(Qf)-397;多斗放矿假顶下移量与放出量也呈现良好的线性关系：SM=0.00406Qf。4、单斗放矿假顶的最大压力等效高度为废石层厚度的44.4%；多斗放矿假顶端部压力等效高度为废石层厚度的60%,中部的最大压力等效高度为废石层厚度的20%。总之,假顶的动态压力小于静态压力,有利于保持假顶的完整性。5、利用颗粒流程序对矿岩散体的流动规律及柔性假顶的受力状态进行了分析。①在矿体倾斜方向上,矿石颗粒运动轨迹平行于上下盘边界,假顶的运动轨迹、速度矢量和位移矢量与矿岩散体颗粒的运动轨迹方向一致,假顶与矿岩散体耦合运动；②放矿过程中假顶竖向应力总体上在一定范围内波动保持相对平稳；在横向受力方面,随着放矿的进行假顶受压区逐渐减小,放矿结束时假顶整体受拉,假顶最大拉力出现在与矿岩散体接触的区段而并非发生挠曲变形程度最大的悬空段；③假顶在下移过程中的拉力小于放矿结束时的拉力、多斗放矿假顶拉力小于单斗放矿。本文研究建立了急倾斜矿体覆岩下放矿钢丝绳-混凝土柔性假顶的力学模型及其变形特性的验算方法,有助于了解覆岩下放矿钢丝绳-混凝土柔性假顶的作用机理,为钢丝绳-混凝土柔性假顶的应用提供一定的理论指导。
【关键词】：急倾斜矿体 崩落采矿法 覆岩放矿 钢丝绳-混凝土柔性假顶 放矿相似模拟试验 颗粒流
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD853;TD35
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 绪论14-37
• 1.1 论文选题依据及研究意义14-15
• 1.2 崩落采矿法国内外应用及发展概况15-18
• 1.3 覆岩下放矿的特点及存在的问题18-21
• 1.3.1 覆岩放矿的损失、贫化问题18-20
• 1.3.2 采场结构参数的相关问题20-21
• 1.4 覆岩下放矿研究现状21-32
• 1.4.1 放矿理论研究21-24
• 1.4.2 放矿管理与控制研究24-26
• 1.4.3 采场结构参数优化研究26-29
• 1.4.4 人工假顶的应用29-32
• 1.5 人工假顶的作用形式32-34
• 1.6 钢丝绳-混凝土柔性假顶的提出及意义34-35
• 1.7 论文研究内容及技术路线35-37
• 第二章 钢丝绳-混凝土柔性假顶的作用形式及强度计算方法37-55
• 2.1 概述37-39
• 2.1.1 钢丝绳-混凝土柔性假顶的组成结构及作用形式37-38
• 2.1.2 钢丝绳-混凝土柔性假顶的破坏特点38-39
• 2.2 钢丝绳-混凝土柔性假顶简化力学模型39-43
• 2.2.1 土拱效应40-41
• 2.2.2 太沙基理论41-42
• 2.2.3 简化力学模型42-43
• 2.3 假顶强度计算方法43-47
• 2.3.1 钢丝绳强度计算方法43-44
• 2.3.2 假顶配筋计算方法44-47
• 2.4 柔性假顶局部刚性整体柔性的理论分析47-53
• 2.4.1 假顶局部刚性条件分析47-50
• 2.4.2 假顶整体柔性条件分析50
• 2.4.3 基于连续梁模型假顶的内力分析50-53
• 2.5 本章小结53-55
• 第三章 室内放矿相似模拟试验研究55-97
• 3.1 概述55
• 3.2 放矿试验相似理论55-58
• 3.2.1 放矿试验相似条件55-56
• 3.2.2 柔性假顶材料相似条件56-58
• 3.3 试验模型及方案58-61
• 3.3.1 试验模型尺寸的确定58-59
• 3.3.2 试验矿岩散体粒度测定59-60
• 3.3.3 试验方案及简化条件60-61
• 3.4 纯矿石单斗放矿61-67
• 3.4.1 达孔量及放出体62-65
• 3.4.2 放出量及松动椭球体65-67
• 3.5 纯矿石多斗均匀放矿67-72
• 3.5.1 达孔量及放出体68-71
• 3.5.2 多斗放矿特性71-72
• 3.6 废石覆盖层单斗放矿72-78
• 3.6.1 达孔量及放出体73-76
• 3.6.2 废石覆盖层单斗放矿特性76-78
• 3.7 废石覆盖层多斗均匀放矿78-82
• 3.7.1 达孔量及放出体78-81
• 3.7.2 多斗放矿废石的混入81-82
• 3.8 带柔性假顶单斗放矿82-89
• 3.8.1 达孔量及放出体82-85
• 3.8.2 单斗放矿柔性假顶的挠曲变形及破坏情况85-89
• 3.8.3 带柔性假顶单斗放矿特点89
• 3.9 带柔性假顶多斗均匀放矿89-94
• 3.9.1 达孔量及放出体90-93
• 3.9.2 多斗放矿柔性假顶的下移及变形93-94
• 3.10 不同条件放矿效果对比94-95
• 3.11 本章小结95-97
• 第四章 柔性假顶上覆压力、应变分析及强度验证97-112
• 4.1 概述97-98
• 4.2 模型底部及假顶的静态荷载98-100
• 4.2.1 试验测试结果98-99
• 4.2.2 Janssen公式99-100
• 4.3 底部结构及假顶的动态荷载100-106
• 4.3.1 单斗放矿底部及假顶的动态荷载101-103
• 4.3.2 多斗放矿底部及假顶的动态荷载103-106
• 4.4 柔性假顶的应变分布106-108
• 4.4.1 单斗放矿假顶应变分布106-107
• 4.4.2 多斗放矿假顶应变分布107-108
• 4.5 钢丝绳-混凝土柔性假顶整体强度的验证108-110
• 4.5.1 钢丝绳强度验证108
• 4.5.2 假顶配筋验证108-109
• 4.5.3 假顶局部刚性验证109
• 4.5.4 假顶整体柔性验证109-110
• 4.5.5 假顶连续梁模型验证110
• 4.6 本章小结110-112
• 第五章 带柔性假顶放矿颗粒流数值分析112-157
• 5.1 概述112
• 5.2 PFC简介112-121
• 5.2.1 颗粒流模型的基本假设112-113
• 5.2.2 PFC本构模型113-119
• 5.2.3 颗粒流理论在散体介质流动研究中的应用119-121
• 5.3 放矿颗粒流模型的建立121-127
• 5.3.1 矿岩散体微观参数的反分析121-125
• 5.3.2 放矿模型的建立125-126
• 5.3.3 模型系统平衡分析126-127
• 5.4 矿岩散体流动规律127-135
• 5.4.1 无假顶条件下的放矿127-131
• 5.4.2 有假顶条件下的放矿131-135
• 5.5 不同倾角矿岩界面和假顶的下移135-139
• 5.5.1 急倾斜矿体矿岩流动规律135-137
• 5.5.2 不同倾角假顶的下移及变形规律137-139
• 5.6 柔性假顶沿走向方向受力状态分析139-149
• 5.6.1 假顶竖向受力分析140-143
• 5.6.2 假顶横向受力分析143-149
• 5.7 柔性假顶倾斜方向受力状态分析149-153
• 5.7.1 假顶竖向受力分析149-150
• 5.7.2 假顶横向受力分析150-153
• 5.8 理论计算值、试验值与数值模拟结果综合对比分析153-155
• 5.9 本章小结155-157
• 第六章 钢丝绳-混凝土柔性假顶的应用研究157-167
• 6.1 工程地质简况及开采现状157-159
• 6.2 实施方案研究159-166
• 6.2.1 切顶跨度的确定159-163
• 6.2.2 假顶铺设工艺163-164
• 6.2.3 采矿工艺164-166
• 6.3 本章小结166-167
• 第七章 结论与展望167-171
• 7.1 结论167-169
• 7.2 创新点169
• 7.3 展望169-171
• 致谢171-172
• 参考文献172-183
• 附录(攻读学位其间发表论文目录及参加的科研项目)183-184

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵伏军,李夕兵,赵国彦,刘国富,王剑波;进路法回采顶柱人工假顶的稳定性分析[J];金属矿山;2002年04期

2 刘江凌;;较厚假顶矿体开采工艺研究[J];化工矿物与加工;2012年05期

3 柳军斌;柳小胜;费汉强;安文杰;;高进路转无砼假顶低进路回收边角矿体的对策探讨[J];采矿技术;2008年03期

4 罗绍文，李庶林;混凝土假顶的破坏形式及布筋方法[J];矿业研究与开发;1996年02期

5 吴子振;关于金属纲假顶在国内金属矿山应用的问题[J];北京钢铁工业学院学报;1958年01期

6 梁玉文,赵亮;人工假顶方法在大斗沟矿综采工作面的应用[J];矿业安全与环保;2003年01期

7 黄玉诚,孙恒虎;高水固结充填下向进路假顶参数设计方法[J];有色金属(矿山部分);2001年02期

8 杜喜顺;对综采分层进行金、塑网混铺假顶试验的可行性分析[J];煤矿开采;1994年04期

9 杨红伟;赵彬;蒲成志;衣永亮;;下向进路人工假顶失稳机理研究[J];现代矿业;2009年12期

10 H·A·兰金,韩琮;使用网链假顶开采缓倾斜厚煤层[J];煤炭技术;1992年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 梁维;急倾斜矿体覆岩放矿钢丝绳-混凝土柔性假顶作用机理研究[D];昆明理工大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 范文录;中厚急倾斜破碎矿体开采人工假顶结构研究与应用[D];中南大学;2013年

  本文关键词：急倾斜矿体覆岩放矿钢丝绳-混凝土柔性假顶作用机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：470512