深部矿岩工程条件与开挖稳定性分析

论文摘要

金川铜镍矿区是我国三大资源综合利用基地之一,是国内最大的镍、钻、铂等有色金属生产基地。金川二矿区的矿体赋存于岩体稳定性差的高地应力地层中,且地质构造作用显著,矿区内岩体软硬夹杂,开采条件差。随着开采深度的不断增加,现在已经进入地表下近1000米的开采深度范围内,在如此深的开采环境、较差的开采条件下,如何有效地保持二矿区1#矿体充填体的稳定性,成为金川矿山生产实践中需要解决的重要技术难题。作者结合矿山重大技术攻关课题的研究任务,采用现场调查与数值模拟相结合的方法,对不同回采方式下上部充填体的稳定性等技术问题进行了较为系统地研究。得出的主要研究成果如下：(1)对金川二矿区1#矿体1098段盘区内的岩体进行较为详细地现场调查,发现：①岩体单块强度高；②岩体结构面十分发育,岩体整体强度低；③地应力大,且水平应力大于自重应力；④不良岩层受到地下水和采空区充填水的软化影响。(2)岩石试样室内常规力学参数测试实验,对于岩体工程力学参数的确定有一定的指导意义。在对于岩体工程参数进行确定时,且应参考现场岩体调研数据,对其进行客观、公正的描述,使得室内实验数据能够最大程度的服务于现场工程实际。(3)结合金川现行的隔二采一进路布置方式,笔者提出隔三采一的优化采矿方案,并应用FLAC3D数值分析软件,在金川二矿区1#矿体22行矿脉上进行建模,对比分析两种不同采矿方案下盘区内岩体和上部充填体的稳定性。结果显示,采用隔三采一布置回采进路时,盘区内最大主应力与最小主应力差值较小,应力状态分布更趋均匀；盘区内岩体竖向位移量较小,回采层范围内矿体隆起程度较低。采用隔三采一布置回采进路时,能更加有效地控制围岩的变形,减小对围岩体的扰动,从而有效的控制围岩应力释放,利于采场和充填体的稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景、目的及意义
• 1.2 下向进路充填关键技术
• 1.3 软岩巷道变形特征研究
• 1.4 采场结构参数优化研究
• 1.5 主要研究内容及方法
• 第二章 矿体赋存环境调查
• 2.1 地质条件调查
• 2.1.1 地质概况
• 2.1.2 结构面产状调查
• 2.2 岩体破坏特征调查
• 2.3 本章小结
• 第三章 金川深部矿岩力学实验与参数的工程处理
• 3.1 岩石力学试验
• 3.1.1 岩石试件的选取与加工
• 3.1.2 岩石试样实验结果
• 3.2 岩体力学参数处理基本理论
• 3.2.1 Hoek-Brown强度准则
• 3.2.2 RMR岩体分类系统
• 3.3 岩石参数的工程处理方法
• 3.3.1 岩体变形参数的工程处理
• 3.3.2 岩体强度指标的工程处理
• 3.4 岩体力学参数的确定
• 3.4.1 岩体变形参数的确定
• 3.4.2 岩体强度指标的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 深部矿岩开挖稳定性分析的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 问题的提出
• 4.3 上下分层垂直进路布置方式的数值模拟
• 4.3.1 计算方法
• 4.3.2 FLAC3D程序简介
• 4.3.3 数值分析模型的建立
• 4.3.4 充填体与围岩接触面的处理
• 4.3.5 回采进路布置方案设计
• 4.3.6 数值计算力学模型
• 4.4 数值模拟结果分析
• 4.4.1 最大主应力与最小主应力分析
• 4.4.2 充填体应力分析
• 4.4.3 充填体与围岩接触单元变形状态分析
• 4.4.4 垂直方向位移变形分析
• 4.4.5 塑性区分析
• 4.5 数值分析结果讨论
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果