地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法研究

论文摘要

矿山开采必然引起地表下沉,研究岩层移动与沉陷问题成为一个重要课题。我国一些地下金属矿山,由于开采设计中采用的移动角不甚合理,使得地表的建筑物和生产设施处于移动区内而产生变形破坏,不仅给矿山造成了经济损失,而且对矿山的安全生产构成巨大的威胁。本文针对永平铜矿露天、地下联合开采现状,对采场覆岩特别是上覆岩层在开采过程中的应力变化和变形特性的研究,从流变学的角度总结出了岩层特别是地表的下沉随时间的变化规律。通过分析了采场区域应力变化对覆岩特别是地表移动变形的影响。岩层移动角主要受到上覆岩层岩性、开采深度、开采厚度、采矿方法等因素影响;总结岩层移动角的确定方法,对岩石流变性对移动角的影响进行分析。初步弄清了采矿作业对地表岩层移动的主要影响因素和运动规律。通过对岩层移动与岩石蠕变的相关性分析,得到岩石蠕变特性与损伤模型,对加载过程中蠕变损伤方程进行介绍和推导。用流变力学原理推导地表移动下沉值与时间的函数关系式,通过对岩层移动角计算公式的修正,得到更为精确的移动角,有效地对开采地表变形进行预计。使用岩移参数确定方法对永平铜矿3#,7#、8#勘探线剖面进行地表移动分析,结合地下开采初步设计,确定永平铜矿移动角,得到整个开采范围的地表移动带。通过Surpac建立三维可视模型,将确定的移动带在三维的模型上能够显示出来。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 岩层移动角及国内外研究现状
• 1.3 课题来源及研究意义
• 1.3.1 课题研究背景
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 岩层移动角影响因素分析与确定方法
• 2.1 岩层移动角影响因素分析
• 2.2 岩层移动角确定方法
• 2.2.1 煤矿岩层移动研究进展
• 2.2.2 金属矿岩层移动研究发展
• 2.2.3 地表移动参数的确定方法
• 2.3 构造应力型矿山地表沉陷分析
• 2.3.1 构造应力型矿山地表沉陷特征
• 2.3.2 构造应力型矿山地表移动规律
• 2.3.3 确定受地质构造控制岩体移动角的方法
• 2.4 岩石流变性对移动角的影响分析
• 2.4.1 岩层变形流变机理
• 2.4.2 岩石流变性对移动角的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 岩层移动角相关的岩石力学试验
• 3.1 矿岩实验室物理力学试验
• 3.1.1 现场取样及试件加工简介
• 3.1.2 测试内容
• 3.1.3 矿岩试件测试及结果
• 3.1.4 试验结果
• 3.2 岩石蠕变模型及参数的确定
• 3.2.1 蠕变基本理论
• 3.2.2 岩石流变模型理论
• 3.2.3 岩石蠕变参数的确定
• 3.3 本章小结
• 第四章 岩层移动与岩石蠕变的理论分析
• 4.1 岩层移动与岩石蠕变的相关性分析
• 4.1.1 覆岩运动的流变机理分析
• 4.1.2 采场覆岩的流变机理分析
• 4.2 岩石蠕变特性与损伤模型
• 4.2.1 流变断裂的机理分析
• 4.2.2 极慢速加载损伤方程
• 4.2.3 蠕变损伤演化方程
• 4.3 岩层地表下沉推迟时间
• 4.4 移动角的确定及修正
• 4.4.1 移动角的确定
• 4.4.2 移动角的修正
• 4.5 本章小结
• 第五章 永平铜矿岩层移动角精确确定实例
• 5.1 工程概况
• 5.5.1 矿区地质
• 5.5.2 矿床地质
• 5.5.3 矿区工程地质
• 5.2 岩层移动角的采矿影响与确定范围
• 5.2.1 II号矿带岩体移动角的确定
• 5.2.2 IV号矿体岩体移动角的确定
• 5.3 三维建模
• 5.3.1 建立地表模型
• 5.3.2 建立露天坑模型
• 5.3.3 建立矿体模型
• 5.3.4 建立三维矿体模型
• 5.4 岩层移动角的圈定
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果