大冶垴窖铁矿的采场数值模拟及采空区塌陷预测

论文摘要

从20世纪80年代以来,采空区塌陷事故在金属矿山开采过程中越来越频发,尤其是的矿山深部开采,采空区塌陷已经成为影响矿山安全生成的重大安全因素。由于采空区塌陷的破坏巨大,因此有必要对其产生机理进行研究,模拟矿山的实际开采过程,并根据模拟的结果有根据的提出较精确的预测方法、指导矿山采取一定的安全措施预防塌陷的发生。本论文是为解决湖北华灵集团垴窖铁矿的采空区塌陷灾害而提出的,为了模拟结果的精确性,主要做了以下工作:首先对矿山进行详细的实地考察、采样以及现状分析,利用武汉科技大学岩石力学实验室的点载荷分析系统,对所有顶底板围岩的闪长岩和矿石样品进行点载荷强度测定,计算出等效的相应的单轴抗压强度。基于现场采集到的垴窖铁矿地质资料和实验室测定的数据,在此基础上对垴窖铁矿的岩体进行了RMR岩体分类和Q系统岩体分类,并采用传统的经验方法估算出垴窖铁矿地下采空区的稳定性时间。其次,根据矿山提供的各个水平分层的矿体图,利用计算机三维模拟出矿山地下开采的实际情况,计算出矿岩中应力集中的分布规律,针对应力集中的大小找出塌陷发生概率比较大的区域。最后,根据计算模拟出的结果,选取合适的措施进行处理,避免采空区塌陷的发生。模拟结果表明,采用计算机三维数值模拟和实际情况比较吻合。本文在矿山三维模型的建立以及模拟预测矿山采空区塌陷的发生、提出预防措施方面做了一定的工作。对采空区塌陷发生的模拟和预防有一定的借鉴参考作用。

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
• 1.3 本文研究思路及内容
• 第二章 采空区塌陷成因机理、监测以及预测
• 2.1 采空区塌陷成因机理
• 2.1.1 矿岩性质对采空区塌陷影响
• 2.1.2 构造条件对采空区塌陷的影响
• 2.1.3 爆破对采空区塌陷影响
• 2.2 采空区塌陷的监测及预测
• 2.2.1 加卸载理论用于采空区塌陷的监测和预测
• 2.2.2 模糊神经网络用于采空区塌陷的监测和预测
• 2.2.3 小波分析理论用于采空区塌陷的监测及预测
• 2.2.4 岩体声发射技术用于地压监测和采空区塌陷等安全事故的预测
• 2.3 采空区塌陷预测的综合方法及选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 矿山开采以及采空区现状
• 3.1 矿山基本情况
• 3.2 矿山水文地质条件
• 3.3 矿区工程地质条件
• 3.4 矿山生产现状
• 3.5 采空区现状
• 3.6 采空区塌陷
• 3.6.1 塌陷后采空区现状
• 3.6.2 采空区塌陷发展趋势分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 垴窖铁矿围岩及强度指标测定
• 4.1 垴窖铁矿矿岩强度试验测定
• 4.1.1 点载荷强度试验
• 4.1.2 垴窖铁矿矿岩强度
• 4.2 垴窖铁矿矿岩RMR 分类
• 4.2.1 RMR 岩体分类理论
• 4.2.2 垴窖铁矿RMR 岩体分类计算结果
• 4.3 Q 系统岩体分类
• 4.3.1 Q 系统简介
• 4.4 本章小结
• 第五章 垴窖铁矿采场地压数值模拟
• 5.1 有限元分析理论
• 5.2 ANSYS 软件简介
• 5.3 有限元数值建模
• 5.3.1 岩石破坏准则
• 5.3.2 矿岩力学参数的选取
• 5.4 ANSYS 有限元计算
• 5.4.1 三维有限元数值模拟
• 5.4.2 有限元数值模型的网格划分
• 5.4.3 基于ANSYS 矿区初始应力模拟
• 5.4.4 计算结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 垴窖铁矿地压监测及防治研究
• 6.1 井下地压监测概述
• 6.2 岩体声发射监测技术
• 6.2.1 岩体声发射简介
• 6.2.2 岩体声发射监测原理
• 6.3 垴窖铁矿监测点布置
• 6.4 岩体声发射监测方案及预测
• 6.4.1 监测方案
• 6.4.2 采空区大面积冒落的预测
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：硕士期间发表的论文
• 详细摘要