石膏矿采空区稳定性分析和治理技术研究

论文摘要

石膏是一种用途广泛的工业和建筑材料,一般赋存于地下。由于其存在经济价值,所以被大量开采,从而形成采空区。目前由采空区引发的一系列地质灾害问题日益暴露出来,因此有必要对石膏矿采空区进行稳定性分析和治理技术研究。本文以邵东县龙凤机械厂附近的石膏矿采空区为例进行分析研究,首先通过勘探和调查了解采空区的基本情况,再对采空区进行稳定性分析和充填治理研究,所做的工作和取得的成果有：1、在实地调查和勘探的基础上,利用FLAC3D有限差分法对采空区进行沉陷模拟,利用模拟计算结果从采空区顶板稳定性、矿柱稳定性、地表变形三个方面对采空区进行稳定性评价,并与实际调查结果对比,得出采空区是不稳定的。2、通过对比几种治理方法的优劣和阐述充填作用的机理,决定采用粘土固化充填的方法来治理采空区。充填治理的关键是确定固化剂和合理的充填配比。对充填材料进行单一固化剂配方试验和复合固化剂配方均匀设计试验,并对试验结果进行分析。在此基础上确定该采空区充填应当采用复合固化剂,复合固化剂由水泥、石膏和水玻璃组成。3、充填治理工艺分为自流充填和泵送注浆接顶充填,不同的充填工艺对浆液流动性要求不一样,一般通过塌落度来评价浆液的流动性。通过开展料浆自流充填和泵送注浆接顶充填最佳配比试验,并利用混沌优化与神经网络对试验结果进行分析得出最优配比。通过实践证明,粘土固化充填该采空区所采用的配比效果好,达到了良好的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状概述
• 1.2.1 采空区沉陷模式
• 1.2.2 采空区稳定性分析
• 1.2.3 采空区充填治理措施
• 1.3 本论文的研究思路、内容及预期目标
• 第二章 采空区地质条件及灾害特征
• 2.1 采空区自然地理条件
• 2.1.1 采空区地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 气象与水文条件
• 2.2 地层岩性及其工程特征
• 2.3 矿床地质条件
• 2.3.1 区域地质构造
• 2.3.2 矿体特征
• 2.3.3 水文地质条件
• 2.4 采空区开采概况
• 2.5 地表塌陷灾害特征
• 2.6 井下不良地质现象
• 2.7 本章小结
• 第三章 采空区稳定性分析
• 3.1 开采沉陷机理
• 3.1.1 覆岩移动变形机理
• 3.1.2 地表移动与破坏理论
• 3.2 采空区顶板稳定性分析
• 3.2.1 采空区顶板围岩破坏准则
• 3.2.2 顶板稳定性分析方法
• 3.3 矿柱稳定性计算
• 3.3.1 矿柱失稳类型
• 3.3.2 矿柱稳定性计算方法
• 3.4 地表变形
• 3.4.1 地表变形评价原则
• 3.4.2 地表变形评价方法
• 3.5 FLAC3D计算原理及过程
• 3.5.1 FLAC3D计算原理
• 3.5.2 FLAC3D计算过程
• 3.6 FLAC3D数值模拟计算
• 3.6.1 建立采空区计算模型
• 3.6.2 初始应力计算
• 3.6.3 模拟及求解
• 3.7 稳定性分析
• 3.7.1 采空区顶板稳定性分析
• 3.7.2 矿柱稳定性分析
• 3.7.3 地表变形
• 3.8 本章小结
• 第四章 采空区治理技术研究
• 4.1 采空区治理方法选择
• 4.1.1 采空区治理方法
• 4.1.2 粘土固化浆液作为充填料的可行性
• 4.2 粘土固化试验内容与步骤
• 4.3 试验方案设计
• 4.4 粘土固化剂试验
• 4.5 粘土固化强度影响因素分析
• 4.6 粘土固化最佳配方试验
• 4.6.1 自流充填最佳配比试验
• 4.6.2 粘土注浆接顶最佳配比试验
• 4.7 充填效果
• 4.8 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本课题取得的研究成果
• 5.2 问题与不足
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果