弓长岭露天铁矿采场下伏空区顶板承载力研究

论文摘要

弓长岭矿业公司露天铁矿多年前由于集体和个体小矿点的不规范的乱采乱挖,在正在露天开采的何家采区形成了大量的采空区。近年来,矿山与东北大学合作,采用地球物理探测方法,基本查清了一定深度空区的分布、大小等情况。当采空区规模、深度控制在一定范围,上覆地表仍能提供一定的承载力,机械设备、车辆是能够安全通过(或部分限制)的,影响上覆地表承载能力除与空区的大小、深度、位置有关外,还与围岩的力学性质、边界条件等因素有密切关系。因此,我们参照何家采区空区平面解译图,对采空区进行了KQ11～KQ40的编号,并以KQ05和KQ34号空区为例,分别研究其上覆岩石的承载力,以确定机械设备、车辆能否安全通过。首先,本文对国内外已有相关研究文献进行了综合分析,阐述了采空区顶板承载力的研究方法。再通过现场调研以及室内试验,研究空区顶板岩石的坚硬程度、岩体的完整程度以及岩石的物理力学参数。其次,通过对前人研究成果的分析与总结,采用六种方法计算采空区顶板的最小安全厚度。再结合本空区具体情况,采用理论分析方法计算本空区的顶板承载力。最后,通过FLAC3D数值模拟方法,对采空区进行建模、加载分析,分析空区顶板的承载力。再结合理论分析方法与数值模拟方法,最终确定空区顶板的承载力,并对KQ01～KQ40号空区做了安全等级划分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 工程概况
• 1.1.2 采区位置及工作环境
• 1.1.3 区域地质
• 1.1.4 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状与发展动态
• 1.2.1 采空区探测研究概况
• 1.2.2 采空区稳定性分析的研究概况
• 1.3 研究内容与方法
• 第2章 空区顶板力学性质与地质构造研究
• 2.1 空区顶板岩体力学性质研究
• 2.1.1 岩石力学试验概述
• 2.1.2 实验方案
• 2.1.3 岩石取样
• 2.1.4 试件制备与量测
• 2.1.5 单轴抗压强度和压缩变形实验及实验结果分析
• 2.1.6 劈裂试验及试验结果分析
• 2.1.7 岩石坚硬程度的定性分析
• 2.1.8 岩石坚硬程度的定量分析
• 2.2 空区结构面与地质构造研究
• 2.2.1 空区顶板岩体完整程度的定性划分
• 2.2.2 空区顶板岩体完整程度的定量划分
• 2.2.3 空区顶板岩体质量级别的确定
• 2.3 本章小结
• 第3章 空区顶板承载力定性与半定量分析
• 3.1 采空区顶板最小安全厚度的确定方法
• 3.1.1 厚跨比法
• 3.1.2 普氏卸荷拱理论
• 3.1.3 小型采空承载理论
• 3.1.4 梁板法
• 3.1.5 鲁佩涅伊特理论
• 3.1.6 单向板法
• 3.2 KQ05号采空区承载力定性与半度量分析
• 3.2.1 空区拱顶受力分析
• 3.2.2 空区顶板岩石抗剪能力分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 空区顶板承载力数值分析
• 4.1 FLAC3D数值模拟分析软件
• 4.1.1 FLAC3D有限差分概述
• 4.1.2 FLAC3D有限差分与有限元比较
• 4.2 采空区数值模拟分析
• 4.2.1 建模
• 4.2.2 定义材料本构模型
• 4.2.3 定义材料参数
• 4.2.4 定义边界条件
• 4.2.5 求解
• 4.2.6 结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 何家采区空区顶板承载力计算结果
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 单轴加载试验应力—应变曲线
• 附录B KQ05号空区顶板剪力图
• 致谢
• 个人简历