鄂西缓薄赤铁矿采场稳定性分析及参数优化

论文摘要

论文简述了我国铁矿石的需要状况,分析了我国矿山开采的发展趋势,同时针对一类难采矿体—缓倾斜薄矿体,总结了开采该类矿体时所使用的采矿方法,其中,房柱采矿法所占的比例最高。鉴于此,本文以房柱采矿法为例,对采场进行简化后,利用相关力学理论对顶板及矿柱稳定性进行了分析,得到了采场中各物理量的分布规律。然后利用有限差分软件FLAC3D,针对水平矿体的开采,建立了两种采场结构模型：(1)考虑到铲运机能在相邻矿房间来回作业,将矿柱间距固定为4m。(2)矿房跨度与矿柱间距尺寸相等；分别对以上两种结构形式的采场进行了数值模拟,比较了在同样回收率条件下,顶板中最大拉应力值的大小,并选较小拉应力的结构形式进行后续分析。本文选取第二种采场结构模型并进一步对其进行数值模拟,分析了矿岩物理力学性质、地应力、采场结构参数对房柱法采场稳定性的影响,得到如下结论：(1)选取了两种力学性质差别较大矿岩进行了数值模拟,发现采场中各物理量分布的差别不大,但矿岩自身的力学性质的限制影响了开采的安全性。(2)对于地应力对采场安全的影响,通过数值模拟得出：采场周围较大的水平侧向应力对维护顶板中央的稳定性有利,垂直应力(赋存深度)的增大导致了顶板中最大拉应力的增加以及矿柱平均垂直应力的线性增长,加速了顶板和矿柱的破坏。(3)采场结构参数的影响主要表现为：矿房高度对采场顶板的稳定性基本没有影响,同时矿柱平均压应力随高度的增大仅有微弱的增大,但对矿柱稳定性的影响主要体现在矿柱支撑能力的变化上,因为矿柱高度的增加降低了矿柱的支撑能力(尺寸效应)；矿房跨度的增大时,顶板最大拉应力增大,且增加幅度越来越大；在矿房跨度较小时,矿柱宽度的变化顶板最大拉应力基本上没有影响,但在跨度较大时,增大矿柱宽度能降低顶板最大拉应力。最后,针对鄂西缓薄高磷赤铁矿,通过数值模拟,得到了不同深度下的采场最优结构参数,并计算得到了矿石回收率,进而通过线性回归得到回收率随深度变化的函数关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1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 研究现状及存在问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 存在问题
• 1.3 研究目标和研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 房柱法采场稳定性分析
• 2.1 矿石回收率与采场结构参数
• 2.2 采场顶板稳定性分析
• 2.3 矿柱稳定性分析
• 2.4 水平应力对采场稳定性的影响分析
• 第3章 FLAC3D及相关原理简介
• 3.1 FLAC3D简介
• 3.2 有限差分原理
• 3.3 三维问题有限差分数值原理与方法
• 3.4 显式有限差分算法
• 3.5 MOHR-COULOMB塑性模型
• 第4章 房柱法开采数值模拟
• 4.1 采场结构形式及模型简化
• 4.2 不同结构形式采场数值模拟及方案优选
• 4.3 采场应力分布规律
• 4.4 矿岩物理力学性质对采场稳定性的影响研究
• 4.5 地应力对采场稳定性的影响研究
• 4.5.1 水平应力（侧压力系数）的影响
• 4.5.2 矿体埋藏深度（垂直应力）对采场稳定性的影响研究
• 4.6 采场结构参数对采场稳定性的影响研究
• 4.6.1 矿柱高度（矿体厚度）对采场稳定性的影响
• 4.6.2 矿柱宽度、矿房跨度对采场稳定性的影响
• 第5章 鄂西缓薄高磷赤铁矿采场参数优化
• 5.1 矿区概况
• 5.1.1 矿区地质
• 5.1.2 矿床地质
• 5.1.3 矿床开采技术条件
• 5.1.4 矿床三维地质模型
• 5.2 矿岩物理力学参数的获取
• 5.3 采场参数优化
• 5.3.1 采场稳定判据的建立
• 5.3.2 采场参数优化方法与结果
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文