康家湾矿深部难采矿体采场稳定性及安全开采技术研究

论文摘要

地下矿山开采属于极高危作业,而采场稳定与否,直接影响进行采矿生产人员及设备的安全。本文在康家湾矿深部矿体地质调查和矿岩物理力学性质测试的基础上,利用大型有限元软件ANSYS对康家湾矿深部难采矿体采场稳定性及安全开采技术进行分析研究,主要研究成果如下:1.通过广泛的现场调查和测试,在掌握矿山工程地质状况、矿山开采技术工艺条件等的基础上,进行了矿山采空区顶板的稳定性评价;2.对康家湾矿区主要矿岩的物理力学参数进行了室内实验,测定了物理力学参数;3.通过对国内外常用的预留矿柱、锚杆护顶、切顶措施、假顶和预注锚杆护顶等不同的破碎带控制方法的分析比较,结合康家湾矿深部顶板岩层部分地段不稳固,且不稳固岩层厚度较大的实际情况,对各种常用的控顶措施进行了评价研究;4.对岩土弹塑性本构关系进行总结,对Drucker-Prager模型及其模型参数的选取作了简要说明。详细介绍了如何在ANSYS中实现对岩土非线性力学行为的模拟分析,并通过一个具体的工程实例说明如何使用ANSYS对采空区稳定性问题进行数值模拟分析,其计算结果在工程中得到了应用;5.利用三维有限元分析软件,模拟了不同的开采方案、采场跨度、护顶支护方式、地应力侧压系数等多种因素的变化情况,主要以围岩的应力、变形、塑性区范围、安全率状况等力学稳定性指标对不同采场结构参数进行了比较分析,得出了采场最佳结构参数和顶板极限暴露面积;6.在以上研究的基础上,对于顶板不稳固的倾斜中厚难采矿体的开采技术方法进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景与目的、意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 采场稳定性研究
• 1.2.2 地下采场结构参数优化研究方法
• 1.2.3 采场稳定性监测技术研究
• 1.2.4 难采矿体开采技术研究
• 1.2.5 缓倾斜矿体开采技术发展趋势
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 康家湾矿深部矿体开采技术条件
• 2.1 矿区及矿床地质条件
• 2.1.1 矿区地质条件
• 2.1.2 矿床地质条件
• 2.2 矿体水文地质条件
• 2.3 深部矿床开采技术条件
• 2.3.1 开采范围
• 2.3.2 开采技术条件
• 2.3.3 顶板岩层稳定性评价
• 2.4 初步设计推荐的采矿方法及评价
• 2.4.1 初步设计推荐的采矿方法
• 2.4.2 推荐采矿方法整体评价
• 2.5 深部矿岩物理力学性质测定
• 2.6 本章小结
• 第三章 非线性有限元分析法基本原理及其在ANSYS中的实现
• 3.1 地下岩土工程非线性有限元分析法简介
• 3.1.1 非线性有限元方法
• 3.1.2 岩体系统非线性动态描述
• 3.1.3 岩体系统本构关系
• 3.2 非线性有限元法在ANSYS中的实现
• 3.2.1 材料非线性分析简介
• 3.2.2 在ANSYS中的实现
• 3.3 本章小结
• 第四章 采场顶板冒落机理及控顶技术研究
• 4.1 采场顶板冒落机理
• 4.1.1 顶板围岩活动过程的描述
• 4.1.2 采空区顶板围岩的冒落阶段
• 4.1.3 康家湾矿实际开采过程中顶板冒落分析
• 4.2 采场顶板安全控制技术
• 4.2.1 采场顶板安全管理措施
• 4.2.2 控顶措施的比较研究
• 4.3 康家湾矿护顶措施建议
• 4.4 本章小结
• 第五章 深部采场结构参数优化研究
• 5.1 破碎顶板采场回采结构参数优化
• 5.1.1 物理及力学模型
• 5.1.2 数值模型
• 5.1.3 数值模拟结果及比较分析
• 5.1.4 数值模拟分析结论
• 5.2 较稳固顶板采场回采结构参数优化
• 5.3 稳固顶板采场回采结构参数优化
• 5.4 本章小结
• 第六章 顶板不稳固倾斜中厚难采矿体开采技术研究
• 6.1 采矿方法设计原则
• 6.2 采场构成要素和底部结构
• 6.3 采准与切割
• 6.4 回采与安全管理
• 6.5 开展分段矿房嗣后充填法试验研究的建议
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果