白象山铁矿采场开采结构参数优化设计与围岩稳定性分析

论文摘要

复杂富水铁矿在矿体开采过程中，时常伴随着顶板围岩失稳等破坏形式的发生，如何采取合理的开采结构参数和开采方案以保证矿体安全开采已成为亟待解决的问题。本论文依托国家“十一五”科技支撑项目“复杂富水矿床开采关键技术开发与研究”，在对典型复杂富水铁矿区—白象山铁矿西部厚大矿体的复杂水文地质勘探资料分析和岩石室内试验的基础上，运用Hoek-Borwn强度准则确定西部厚大矿体的矿岩体力学参数。同时运用FLAC3D数值模拟软件建立了渗流条件下不同采场跨度、进路宽度和分层高度的三维数值模型，探索和研究了不同的采场跨度、进路宽度和分层高度对采场围岩稳定性的影响，并通过研究和分析得到了一些有益的结论和成果，为该类富水矿床的矿体开采结构参数和开采方案的选取工作提供了理论和实践上的指导作用。主要研究内容及其成果如下：1、在结合白象山西部厚大矿区现场水文地质勘察资料和室内测得的岩石力学参数的基础上，运用RMR分级法确定了该矿区矿岩体的岩体质量等级。2、以运用RMR分级法确定西部厚大矿岩体的RMR评分值为前提，并考虑爆破过程中对岩体扰动的影响，从而引入扰动参数D。以此为基础上，运用Hoek-Borwn强度准则确定了白象山西部厚大矿岩体的岩体力学参数。3、结合白象山铁矿西部厚大矿区具体地质情况，并以下层局部疏干的条件下带压充填开采为背景，选取1线以北、9线以南同时存在不稳定带和“天窗”的典型区域作为矿体开采的地质模型，并建立了在渗流条件下采场三维数值模型。并根据正交试验设计方法制定了不同的采场跨度、进路宽度和分层高度三个因素和三个水平的9个数值模拟方案。选取顶板最大沉降量、顶板最大拉应力和顶板塑性区最大体积与塑性区贯通情况等因素作为评价采场顶板稳定性的指标，通过对不同方案模拟结果进行综合分析与比较确定了采场的最优开采结构参数。4、在确定的采场最优开采结构参数的基础上，通过对不同开采顺序、矿体埋深和顶板厚度条件下对采场顶板围岩稳定性数值模拟研究与分析，探索了不同的开采顺序、矿体埋深和顶板厚度对采场围岩稳定性影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据与研究意义
• 1.2 本课题的主要国内外研究现状
• 1.2.1 Hoek-Borwn 强度准则研究现状
• 1.2.2 采场开采结构参数优化设计的研究现状
• 1.2.3 地下洞室围岩稳定性分析方法的研究现状
• 1.2.4 白象山铁矿研究现状
• 1.3 本论文主要研究的内容
• 第2章 白象山铁矿概况与水文地质条件
• 2.1 矿区概况
• 2.2 矿区地质基本概况
• 2.2.1 矿区地层概况
• 2.2.2 矿区构造概况
• 2.3 矿区地下水分布及边界条件变化规律
• 2.3.1 矿区内各含水层与隔水层的分布规律及主要特征
• 2.3.2 矿区内地下水水力联系
• 2.3.3 矿区水文地质边界条件
• 2.4 矿床开发存在的主要水文地质问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 白象山铁矿西部厚大矿体的岩体质量等级与力学参数的确定
• 3.1 白象山西部厚大矿岩体质量等级的确定
• 3.1.1 运用 RMR 分级法确定白象山西部厚大矿岩体的质量等级
• 3.2 白象山西部厚大矿岩体力学参数的确定
• 3.2.1 Hoek-Borwn 强度准则基本理论
• 3.2.2 基于 Hoek-Borwn 强度准则对西部厚大矿岩体的力学参数进行确定
• 3.3 本章小结
• 第4章 白象山西部厚大矿体开采结构参数优化设计数值模拟分析
• 4.1 白象山西部厚大矿体开采条件和开采方法的确定
• 4.1.1 白象山西部厚大矿体开采条件
• 4.1.2 白象山西部厚大矿体的采矿方法确定
• 4.2 FLAC3D 数值模拟软件基本理论及计算分析特点
• 4.2.1 FLAC3D 数值模拟软件的基本理论
• 4.2.2 FLAC3D 计算分析特点
• 4.3 西部厚大矿体开采数值模型的建立
• 4.3.1 数值模型基本假设
• 4.3.2 地质模型的选取和建立
• 4.3.3 本构模型的选取
• 4.3.4 力学与渗流边界条件
• 4.3.5 材料参数的选取
• 4.4 西部厚大矿体采场结构参数优化设计数值模拟分析
• 4.4.1 采场结构参数优化设计数值模拟设计方案
• 4.4.2 各实验方案数值模拟的结果
• 4.4.3 正交数值模拟实验极差分析
• 4.4.4 对数值模拟实验和极差分析结果进行对比分析
• 4.4.5 采场最优开采结构参数的确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 西部厚大矿体不同因素影响条件下的采场围岩稳定性数值模拟分析
• 5.1 不同开挖顺序对采场围岩影响数值模拟分析
• 5.1.1 不同开采顺序方案设计
• 5.1.2 不同开挖顺序方案模拟结果分析
• 5.2 顶板厚度对采场围岩稳定性数值模拟分析
• 5.2.1 不同顶板厚度方案设计
• 5.2.2 不同顶板厚度方案数值模拟结果分析
• 5.3 不同矿体埋深对采场围岩稳定性的影响
• 5.3.1 不同矿体埋深方案设计
• 5.3.2 不同矿体埋深方案数值模拟结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的课题项目
• 致谢