基于开采环境再造人工结构的稳定性与可靠度研究

论文摘要

针对新疆喀拉通克铜镍矿矿体松软破碎、价值高、埋藏深的特点,应用“开采环境再造深孔诱导崩矿充填采矿法”进行回采,其创新点是采用传统的下向进路采矿技术、岩层控制技术、注浆技术等,在回采矿段周围用胶结充填料构筑一个人工封闭结构,然后在新的采矿环境下采用强制与诱导耦合的高效落矿方法进行回采,待出矿完毕后再用低成本尾砂作充填料一次性充填采空区。这其中,人工结构是实现开采环境再造的一项关键性技术,它直接影响着生产安全和开采成本。考虑到地下岩体特性、地质构造环境以及施工过程的复杂性和不确定,必须对人工结构的稳定性和可靠性进行分析。本论文就此开展了深入研究,主要完成了下述工作:(1)开展细致工程地质调查,获得了包括节理裂隙、地应力、水文以及工程地质岩组及其参数等资料,并以此为基础对采矿方案进行了详细的施工设计。(2)完成了采场崩矿方案的优化选择,通过模拟两种方案的崩矿过程,主要从维护采场稳定和优化爆破矿石块度等方面进行分析比较,确定了侧向挤压崩矿方案作为最佳方案。(3)运用FLAC3D软件完成了地下人工结构的稳定性分析,并得出在顶板厚度为9m,条柱宽度为6m,底部结构厚度为8m的条件下,采场结构能够维持整体的稳定。(4)引入NESSUS软件完成了采场结构的可靠度研究。通过分析可靠度水平、重要度水平和敏感度水平,适当地调整影响因素较大的相关参数,最终将结构的可靠度提高到0.967374,满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 论文研究的背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 地下工程结构稳定性研究现状
• 1.3.2 地下工程结构可靠度研究现状
• 1.4 论文主要研究内容与技术路线
• 第二章 开采环境再造技术的应用
• 2.1 开采环境再造提出的背景
• 2.1.1 矿山开采现状及存在的主要问题
• 2.1.2 国内外高价值软破矿体的开采现状及趋势
• 2.2 开采环境再造技术的实施
• 2.2.1 试验采场的选择
• 2.2.2 实施方案
• 2.2.3 采准切割工程布置
• 2.2.4 施工顺序及要求
• 2.2.5 回采顺序
• 2.2.6 巷道及矿体上下盘维护
• 2.2.7 通风与安全
• 2.3 本章小结
• 第三章 工程地质调查与分析
• 3.1 节理裂隙调查统计
• 3.1.1 调查方法
• 3.1.2 调查结果
• 3.1.3 节理统计分析
• 3.1.4 节理分布规律
• 3.2 地应力特征
• 3.2.1 地应力调查的意义与方法
• 3.2.2 地应力调查结果
• 3.3 水文特征
• 3.4 工程地质岩组划分及力学参数
• 3.5 本章小结
• 第四章 开采环境再造人工结构稳定性研究
• 4.1 数值模拟的实现
• 4.1.1 模型的构建
• 4.1.2 岩石力学参数
• 4.1.3 稳定性判据
• 4.2 崩矿方案优化选择
• 4.2.1 结构稳定性影响
• 4.2.2 矿石块度影响
• 4.3 人工顶板的稳定性研究
• 4.4 人工条柱的稳定性研究
• 4.4.1 人工条柱施工设计
• 4.4.2 稳定性分析
• 4.5 人工底部结构的稳定性研究
• 4.5.1 底部结构施工设计
• 4.5.2 稳定性分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 开采环境再造人工结构可靠度分析
• 5.1 人工结构的不确定性
• 5.1.1 地下岩体特征的不确定性
• 5.1.2 充填体强度的不确定性
• 5.2 可靠度分析的意义及方法
• 5.2.1 可靠度的基本概念和研究意义
• 5.2.2 可靠度分析方法和步骤
• 5.3 NESSUS软件简介
• 5.3.1 NESSUS软件特点
• 5.3.2 NESSUS软件的分析流程
• 5.3.3 NESSUS软件先进功能
• 5.3.4 可靠度分析模型的构建
• 5.4 可靠度分析结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录1: 节理裂隙调查结果表
• 附录2: ANSYS建模命令流
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果
• 参与科研项目
• 发表学术论文
• 所获奖励情况