孟家岗铁矿开采对公路铁路正常运营影响研究

论文摘要

“三下”开采一直是地下复杂采矿的核心难题之一,本文针对孟家岗铁矿开采对铁路、公路稳定性展开研究。本文所做工作如下：根据孟南矿区4#-10#地质断面和地表地形等高线图,建立了精细描述矿体、公路、铁路空间位置关系的三维数字模型。基于弹塑性理论,运用Comsol Multiphysics力学分析软件,建立了孟南矿区矿体最不利开采对地表公路、铁路影响的平面应变与三维力学数值模型,以沉降、倾斜、曲率、水平位移为综合判定指标,对采矿活动造成公路、铁路的沉降变形进行了预测。基于随机介质理论,采用地面变形移动程序GSM,以沉降、倾斜、曲率、水平位移为综合判定指标,运用地质绘图软件SURFER对于地面变形结果进行后处理,得出直观描述地面变形的等值线与三维可视化图形,公路、铁路的变形移动结果进行三维可视化后处理分析,预测了公路、铁路的变形移动结果。通过分析发现,开采造成的公路、铁路变形移动值小于规定值,地下矿体的开采不会影响公路、铁路的正常运营。结合公路、铁路预测变形结果,编制了相应的监测方案,为矿山安全开采提供了理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 立项依据与研究意义
• 1.2 研究现状与发展趋势
• 1.2.1 开采沉陷研究现状与发展趋势
• 1.2.2 铁路、公路下采矿研究现状
• 1.3 开采沉陷与地表变形移动预测方法
• 1.3.1 最大下沉与最大水平移动
• 1.3.2 剖面函数法
• 1.3.3. 影响函数法
• 1.3.4. 连续介质力学方法
• 1.3.5. 数值模拟与物理模拟法
• 1.3.6. 非线性科学方法与智能理论
• 1.4 主要研究内容与技术路线
• 第二章 矿区概况
• 2.1 矿区概况
• 2.1.1 矿山开采现状
• 2.1.2 地质资源及水文地质条件
• 2.2 安全生产条件
• 2.2.1 铁路、公路与矿体之间的相对关系
• 2.2.2 铁路线路、运行安全预防措施
• 2.3 矿体与铁路、公路空间位置三维数字模型
• 第三章 开采沉陷与地表变形移动的基本概念和基本规律
• 3.1 地面变形移动的基本概念
• 3.2 倾斜矿体开采地表移动和变形规律
• 3.3 地表下沉盆地稳定后全面积开采沉陷分布规律
• 3.4 地表移动变形参数计算方法
• 3.4.1 下沉系数η
• 3.4.2 主要影响半径R及主要影响范围角β
• 3.4.3 开采传播影响角θ
• 3.4.4 水平移动系数
• 第四章 地表移动变形对铁路、公路影响以及开采技术措施
• 4.1 地表移动和变形对铁路的影响
• 4.1.1 地表移动和变形对路基的影响
• 4.1.2 地表移动和变形对线路的影响
• 4.1.3 铁路下开采的技术措施
• 4.2 地表移动和变形对公路的影响
• 4.2.1 地表移动和变形对公路路基的影响
• 4.2.2 公路下开采的技术措施
• 第五章 矿体开采对地表公路铁路变形影响的有限元分析
• 5.1 计算方法与力学模型
• 5.1.1 计算方案
• 5.1.2 计算模型介绍
• 5.2 地下矿体开采铁路、公路变形数值模拟分析
• 5.2.1 5#勘探线断面
• 5.2.2 6#勘探线断面
• 5.2.3 7#勘探线断面
• 5.2.4 8#勘探线断面
• 5.3 矿体最不利开采引起公路、铁路变形三维有限元分析
• 5.3.1 计算模型介绍
• 5.3.2 三维数值模型分析结果讨论
• 5.4 结论
• 第六章 基于随机介质理论的矿体开采对公路铁路影响研究
• 6.1 基于随机介质理论的开采地表变形预测理论
• 6.1.1 概述
• 6.1.2 随机介质理论单元开采地表变形预测理论
• 6.1.3 随机介质理论单元开采地表变形积分叠加原理
• 6.2 开采引起地面变形与移动预测公式的数值化
• 6.3 计算模型与软件介绍
• 6.4 计算结果分析
• 6.5 结论
• 第七章 主要结论及监测建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 监测建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 附录