论文题目: 深部开采高阶段尾砂充填体力学与非线性优化设计
论文类型: 博士论文
论文专业: 采矿工程
作者: 刘志祥
导师: 李夕兵
关键词: 充填体力学,优化设计,神经网络,混沌
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 充填体力学是随着充填采矿技术发展而形成的一门新型学科。VCR采矿法与高阶段嗣后充填工艺相结合,扩大了充填采矿技术的应用领域,在深部厚大矿床安全高效开采具有广阔的应用前景,同时也为充填体力学增加了新的研究内容。目前由于对高阶段充填体力学机理及其相关理论缺乏系统的研究,高阶段充填设计大都采用经验法或经验类比法,往往造成不必要的水泥浪费或充填体强度达不到工程实际要求。为此,有必要根据深部高阶段充填工艺特征,建立高阶段充填体力学模型,开展降低成本的优化设计研究,以实现深部资源安全高效开采。本文主要研究内容如下: 对尾砂胶结充填体进行了力学试验,建立了不同配比胶结充填体损伤本构方程,分析了不同配比充填体力学特性与能量释放规律。根据充填体损伤本构模型,从岩体开挖释放能量与充填体峰值应力变形能相近的原则探讨了充填体与深部岩体的合理匹配,并确定了冬瓜山矿床深部开采所要求的充填体强度,论证了安庆铜矿深部矿体采用最小充填配比1:12是可行的。 为实现深部开采高质量充填,用分形理论研究了分级尾砂级配。通过对大量尾砂充填矿山的试验数据分析,建立了分级尾砂强度与水泥含量、浓度、孔隙分维数及分维数相关率的神经网络模型,从大量研究数据中揭示了尾砂级配与其强度的内在规律。研究结果表明,分级尾砂颗粒间孔隙分维数减小,充填体强度增高;尾砂分维数相关性越好,充填体强度越高。根据尾砂级配模型,用混沌优化方法研究了使充填体达到最佳强度的选矿尾砂合理分级。该模型与理论应用于安庆铜矿选矿尾砂分级设计,不仅提高了充填体强度,而且增加了尾砂使用率,节约了充填成本。 针对高阶段嗣后充填工艺特点,分析了深部开采围岩对充填体的力学作用,建立了高阶段分层充填体力学计算模型,研究了充填体可暴露任意高度的力学条件,并用分形树和重整化群方法建立了深部开采充填体强度模型。基于深部开采的复杂性和充填体强度的不确定性,根据所建立的高阶段充填体力学模型,用可靠性理论和博弈树方法,成功解决了高阶段充填体配比优化难题。该研究方法应用于安庆
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 国内外研究现状
1．2．1 充填技术发展及深部充填体力学研究内容
1．2．2 充填体力学作用研究
1．2．3 深井开采充填体作用机理
1．2．4 提高尾砂充填体强度研究
1．2．5 影响尾砂充填体强度研究
1．2．6 尾砂充填体强度理论
1．2．7 充填体自立高度与稳定性研究
1．2．8 高阶段充填体配比设计经验
1．3 本文研究内容及目的与意义
1．3．1 制约充填采矿技术发展的充填体力学问题
1．3．2 本文研究内容
1．3．3 课题来源及本文研究目的与意义
第二章 尾砂胶结充填体损伤模型及与深部岩体的匹配分析
2．1 前言
2．2 尾砂胶结充填体物理力学特性及胶凝机理
2．2．1 尾砂胶结充填体物理力学性能
2．2．2 尾砂充填体胶凝机理
2．3 尾砂胶结充填体力学试验
2．3．1 尾砂物理力学参数测试
2．3．2 尾砂胶结充填体力学试验
2．4 尾砂充填体破坏规律分析
2．4．1 受压破坏规律
2．4．2 受拉破坏规律
2．5 尾砂胶结充填体损伤模型建立
2．5．1 损伤力学的研究方法
2．5．2 充填体损伤模型探讨
2．5．3 尾砂胶结充填体损伤模型建立
2．5．4 尾砂充填体损伤模型的三维扩展
2．6 尾砂胶结充填体损伤规律分析
2．6．1 不同配比充填体损伤规律
2．6．2 损伤特性下充填体变形的能量分析
2．7 尾砂胶结充填体与深部岩体匹配分析
2．8 深部开采充填体合理强度确定
2．9 本章小结
第三章 尾砂分形级配模型及最佳充填体强度优化设计
3．1 前言
3．2 分级尾砂级配的分形研究
3．2．1 分级尾砂的分形计算
3．2．2 分级尾砂级配研究
3．3 分级尾砂级配神经网络模型
3．3．1 分级尾砂充填体强度与其级配的神经网络模型
3．3．2 梯度下降法与混沌优化相结合的神经网络训练
3．3．3 尾砂级配神经网络模型建立
3．3．4 模型检验
3．4 分级尾砂级配对充填体强度的影响分析
3．4．1 分级尾砂强度影响因素的灰色关联排序
3．4．2 分级尾砂孔隙分维数对强度的影响
3．4．3 分级尾砂分维数相关率对强度的影响
3．5 最佳强度下选矿尾砂分级的混沌优化研究
3．6 安庆铜矿选矿尾砂的合理分级设计
3．7 本章小结
第四章 高阶段尾砂充填体力学计算模型及配比优化设计
4．1 前言
4．2 高阶段采矿尾砂充填体力学作用机理
4．3 非胶结尾砂充填体侧压力分析模型
4．3．1 非胶结分级尾砂充填体自然安息角测试
4．3．2 非胶结尾砂充填体自然安息角影响因素分析
4．3．3 采场非胶结尾砂充填体自然安息角确定
4．3．4 非胶结尾砂充填体侧压系数
4．3．5 高阶段矿柱开采侧压力分析模型
4．4 围岩作用下高阶段充填体力学模型
4．4．1 围岩对充填体力学作用模型
4．4．2 分层充填体内垂直应力分析模型
4．4．3 高阶段分层充填体极限平衡力学分析模型
4．4．4 可暴露任意高度的胶结充填体力学条件
4．4．5 深部开采高阶段充填体强度模型
4．5 高阶段分层充填体可靠性分析
4．5．1 胶结充填体设计参数的可靠性分析
4．5．2 分层充填体可靠性分析
4．5．3 高阶段分层充填体可靠性分析实例
4．6 高阶段尾砂胶结充填体配比优化
4．7 安庆铜矿5号矿房充填体优化设计
4．8 本章小结
第五章 高阶段尾砂充填体变形的混沌时序重构及灰色预测
5．1 前言
5．2 充填体变形的混沌研究
5．2．1 充填体变形时间序列重构相空间
5．2．2 充填体变形的动力系统维数计算
5．2．3 充填体变形的混沌识别
5．2．4 相空间最近邻点距离演变与傅里叶快速变换
5．3 基于重构相空间规律的充填体变形灰色预测
5．4 深部开采高阶段充填体变形规律及稳定性预测
5．4．1 高阶段充填体变形测试
5．4．2 充填体变形的动力系统维数和Lyapunov指数计算
5．4．3 不同配比充填体变形在相空间中相点距离的演变规律
5．4．4 充填体稳定性判断
5．4．5 充填体变形预测与采场合理回采周期确定
5．5 本章小结
第六章 全文结论与展望
6．1 全文结论
6．2 进一步研究展望
参考文献
附录
致谢
学术论文
发布时间: 2006-03-28
参考文献
- [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
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