金川二矿区地应力场研究与地下工程稳定性

论文摘要

近年来,金川主力矿山二矿区随着采掘深度的不断加深以及双中段回采,水平矿柱与垂直矿柱已经形成,其地压显现明显,巷道工程变形破坏严重,个别严重地段经多次返修都无法正常使用,地表裂缝出现并加速扩展,采场与充填体时有冒顶发生。面对越来越严峻的实际情况,有必要对深部工程区域进行岩石力学问题深入细致的研究,对于地下工程来讲地应力是最为主要的影响因素,工程开挖致使围岩的应力重新分布。因此对于深部应力状态的研究以及应力环境与地下工程的关系的探讨显得尤为重要。本论文以金川公司科技攻关项目“金川矿区应力场与岩石力学研究”为依托,主要针对二矿区开展工作,通过对二矿区深部地质构造、岩石力学特性、构造应力场的现场调查和测试,以及室内试验和数字仿真模拟,研究了矿区应力分布,在此基础上结合地下实际工程,分析了重点工程的稳定性。主要进行了以下分析和研究工作:1.系统的收集、整理、分析前人原岩应力实测工作和岩石力学研究的成果;2.矿区深部的工程地质特征调查与分析研究;3.矿区深部地应力测量,矿区深部的应力作用特征及变化规律研究,矿区浅部与深部地应力特征的对比、分析;4.对矿区地应力场的有限元模拟分析研究;5.对重点工程稳定性的三维有限元模拟分析研究。获得了以下主要成果:1.根据本次地应力实测结果,结合前人所做的工作,并与数值模拟相结合,基本上构建了矿区深部应力作用平台,取得了良好的效果;2.通过综合分析研究,基本上了解了二矿区深部应力作用特征,并指出深部应力作用特征与浅部应力分布规律的不同之处,这种应力作用方式与工程实际变形破坏情况较好吻合,被实践所验证,本结果为地下工程的设计与施工提供了可靠的科学依据;3.在本文建立的地应力场的基础上,通过对重点巷道的变形破坏调查和监测,结合现场工程地质调查研究,利用ANSYS软件对所选取地段进行了三维模拟分析,进而分析巷道变形破坏的特征及原因,对于深部巷道工程的设计与建设有借鉴意义;4.在本文建立的地应力场的基础上,结合工程地质条件,利用有限元三维模拟分析,对水平矿柱与垂直矿柱的稳定性问题进行了初步研究。模拟分析制定了六种采掘比选方案,通过对六种方案的模拟及结果的研究对比,确定了优选方案,明确了矿柱开采过程中的应力变化情况,对矿柱在开采过程中的稳定性做出了初步判断,提出了现阶段进行矿柱开采的建设性意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 出现的问题及引发的思考
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 地应力研究现状
• 1.3.2 金川二矿区地应力场的研究现状
• 1.3.3 金川二矿区工程地质条件的研究
• 1.3.4 金川二矿区地下工程稳定性的研究
• 1.3.5 巷道设计与支护
• 1.4 研究思路与技术路线
• 1.5 论文的主要内容与创新
• 第二章 研究区工程概况及基础工程地质条件
• 2.1 金川二矿区概况
• 2.1.1 矿区系统工程简介
• 2.1.2 矿体开采情况
• 2.1.3 二矿区地下工程现状
• 2.2 金川二矿区工程地质条件
• 2.2.1 区域构造地质环境
• 2.2.2 工作区的断裂构造情况
• 2.2.3 工程地质岩组
• 2.2.4 岩体物理力学性质
• 2.2.5 金川二矿区工程地质分区及综合评价
• 第三章 金川二矿区现今地应力场研究
• 3.1 地应力资料收集及整理
• 3.1.1 测量数据的收集及整理
• 3.1.2 总结分析
• 3.2 现场应力测量
• 3.2.1 测量方法的选择
• 3.2.2 测点的布置
• 3.2.3 现场测量工作
• 3.2.4 提高测量精度的控制手段
• 3.3 测量结果与数据的处理
• 3.3.1 原始数据
• 3.3.2 计算结果
• 3.3.3 利用 SPSS 软件对数据进行统计分析
• 3.4 金川二矿区地应力场特征及变化规律
• 第四章 金川二矿区地应力场的有限元模拟分析
• 4.1 ANSYS 软件简介
• 4.2 模型的选择
• 4.3 岩石力学参数的确定
• 4.4 边界及载荷
• 4.5 有限元模拟结果及分析与说明
• 4.5.1 模拟结果
• 4.5.2 有限元模拟分析小结
• 第五章 金川二矿区地下工程稳定性分析
• 5.1 金川二矿区地下工程稳定性现状
• 5.1.1 巷道的收敛变形与破坏
• 5.1.2 地下工程变形在地表的表现
• 5.1.3 水平矿柱与垂直矿柱
• 5.1.4 其它问题
• 5.2 巷道工程的稳定性分析
• 5.2.1 1178 分段巷道工程简介
• 5.2.2 1178 分段巷道工程稳定性三维模拟分析
• 5.2.3 对于巷道稳定性的一些意见
• 5.3 水平矿柱与垂直矿柱的工程稳定性分析
• 5.3.1 水平矿柱与垂直矿柱的基本情况
• 5.3.2 水平矿柱与垂直矿柱工程稳定性三维有限元分析
• 5.3.3 对于水平矿柱与垂直矿柱工程稳定性的一些建议
• 第六章 结语
• 6.1 主要认识
• 6.1.1 矿区应力场
• 6.1.2 地下工程的稳定性
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 附图
• 个人简历、攻读博士学位期间参加的科研课题与发表的论文