新桥硫铁矿“三下”资源开采安全技术研究

论文摘要

新桥矿业集团有限公司（简称新桥矿）8线以东-144m以上矿体赋存于701铁路专线,顺风公路及新西河下,是典型的“三下”资源。“三下”资源开采的关键是采取合理的技术与安全措施,控制资源开采产生的岩层和地表连续的移动、变形和非连续破坏。本文针对新桥矿“三下”矿体开采技术条件,综合采用现场测试、理论分析、数值模拟等手段,进行了该部分矿体开采关键技术与安全措施的系统分析和深入的研究。首先,在分析矿山开采沉陷理论的发展历史和未来的发展趋势,以及“三下”开采的历史和主要技术的发展动向的基础上,得出了线性和非线性有限元法与计算机结合是分析开采沉陷的有效途径的结论。其次,在对新桥铁矿“三下”矿体工程地质环境调查研究基础上,分析了矿床赋存的条件和矿区地层分布、地质构造、区域水文地质以及矿床水文地质条件。测出了矿区主要矿岩体的密度、内聚力、内摩擦角、单轴抗压强度和抗拉强度等物理力学参数。第三,从岩石力学的角度分析了采空区围岩的破坏机理与破坏类型,找出了影响采空区稳定性的主要因素。第四,利用大型非线性有限元软件ANSYS,分析了新桥矿不同采场结构参数和不同回采顺序条件下采场的应力、应变变化规律,得出了最优的采场结构参数和回采顺序,即在留设20m保护矿层的条件下,采用上向水平分层充填法回采,矿房、矿柱跨度8m,三个间隔采场同时回采。研究结果表明,数值分析方法对优化“三下”开采方案具有十分重要的应用价值和指导意义。第五,利用经验公式,计算了各剖面安全开采深度,通过安全开采深度与矿体和地表设施间岩层高度对比分析,论证了“三下”资源开采的安全性。最后,在参考国内外“三下”资源开采经验的基础上,提出了新桥矿东翼“三下”资源开采的技术与安全措施。随着易采矿产资源的逐渐枯竭,边角残留矿体及“三下”难采矿体的回收对实现矿山企业可持续发展具有重要意义。本文采取的“三下”资源开采综合研究方法,不仅对新桥矿回收宝贵的“三下”资源,提高矿山经济效益具有重要的技术支撑,而且可为类似条件矿山所借鉴,推广应用前景广阔。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及目的、意义
• 1.2 "三下"开采国内外研究现状
• 1.2.1 开采沉陷研究历史、现状与未来
• 1.2.2 开采沉陷理论研究方法
• 1.2.3 "三下"开采的研究现状
• 1.3 研究内容及思路
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 第二章 新桥矿"三下"资源概况
• 2.1 矿山自然位置与地理状况
• 2.2 矿山地质概况
• 2.2.1 工程地质概况
• 2.2.2 水文地质概述
• 2.3 矿床开采现状
• 2.3.1 采矿方法
• 2.3.2 充填工艺与系统
• 2.4 "三下"矿体开采技术条件
• 2.4.1 "三下"矿体范围
• 2.4.2 矿岩稳定性及物理力学性质
• 2.4.3 矿体赋存状况
• 2.4.4 储量与品位
• 第三章 开采沉陷影响因素分析
• 3.1 覆岩力学性质的影响
• 3.1.1 覆岩力学性质对地面沉陷的影响
• 3.1.2 覆岩组成及层位的影响
• 3.1.3 覆岩中的松散层
• 3.2 矿体倾角的影响
• 3.2.1 对地面沉陷分布规律的影响
• 3.2.2 对地面的移动形式破坏发展过程及破坏分布状态的影响
• 3.2.3 对地面移动参数的影响
• 3.3 开采厚度、开采深度及采区尺寸的影响
• 3.3.1 开采厚度的影响
• 3.3.2 开采深度的影响
• 3.3.3 采区尺寸的影响
• 3.4 采矿方法的影响
• 3.4.1 采矿方法及顶板管理方法的影响
• 3.4.2 新桥矿"三下"矿体采矿方法选择原则
• 3.4.3 新桥矿"三下"矿体采矿方法概述
• 第四章 新桥矿"三下"矿体开采安全性评价
• 4.1 安全开采深度计算方法
• 4.2 新桥矿"三下"矿体开采安全性评价
• 第五章 弹塑性有限元分析法及其在ANSYS中的应用
• 5.1 岩体弹塑性分析的基本思想
• 5.1.1 屈服条件
• 5.1.2 常用的屈服准则
• 5.1.3 塑性状态的加—卸载准则
• 5.1.4 本构方程
• 5.1.5 岩体的本构模型
• 5.2 岩体有限元分析的基本理论
• 5.2.1 岩土有限元法的基本步骤
• 5.2.2 ANSYS软件提供的可用于岩土工程分析的分析类型
• 5.2.3 ANSYS软件的主要功能
• 5.2.4 岩体材料非线性问题在ANSYS中的求解
• 5.3 新桥矿"三下"开采地表沉陷的数值模拟研究
• 5.3.1 ANSYS有限元数值模拟分析方法
• 5.3.2 数值模型建立
• 5.3.3 数值模拟结果分析
• 第六章 新桥矿"三下"开采安全技术措施研究
• 6.1 地下开采对地表建筑物、铁路及水体的影响
• 6.1.1 对建筑物的影响
• 6.1.2 对铁路的影响
• 6.1.3 对水体的影响
• 6.2 "三下"开采的技术措施
• 6.2.1 建筑物下开采的技术措施
• 6.2.2 铁路下采矿的技术措施
• 6.2.3 水体下采矿的开采措施
• 6.3 "三下"开采的安全管理措施
• 6.3.1 日常管理措施
• 6.3.2 对建筑物,铁路的防范、维护措施
• 第七章 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果
• 一、参与科研项目
• 二、发表学术论文