济钢张马屯铁矿大帷幕突水监测及应力场分析

论文摘要

突水是目前采矿生产中的主要地质灾害,以往对突水的预测手段通常是通过观察井巷涌水量,地应力等突水引起的表观现象的变化来达到监测的目的,而微震监测是从突水引起岩体破坏的本质入手,测量岩体发生破坏时释放出的应力波来达到预测突水,具有实时性,大范围三维空间连续、动态监测等优点,对矿山安全生产具有重要意义。本文应用“采动压力和水压力扰动应力场诱发微破裂(微震活动性)是矿山突水前兆本质特征”这一学术思路,从现场微震监测和应力场数值模拟两个方面对张马屯铁矿大帷幕安全稳定性进行分析。针对济钢张马屯铁矿大帷幕进行三维地质建模,自行研发微震数据后处理软件MMS,将现场微震监测数据统一到三维地质模型中,根据实际问题选定显示区域和时间单元,对局部区域微震事件的时空分布规律进行分析。另一方面将三维地质模型导入多场耦合分析软件COMSOL,对开采区和大帷幕进行应力场分析。综合以上两方面对大帷幕突水可能性评价。经过现场监测和理论分析,发现在大帷幕西南侧,奥陶系中统和下统大理岩透水岩层相互连通处微震事件发生频率较高,而且数值模拟结果显示该处应力明显高于别处,是突水通道形成的潜在危胁。建议在开采过程中应着重对此处进行监测并做相应的安全处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 矿山突水监测技术研究现状
• 1.3 项目的思路
• 1.4 本文所做的工作
• 第2章 工程地质与水文地质条件
• 2.1 矿床水文地质条件
• 2.2 大帷幕区水文地质条件分析
• 第3章 三维地质模型的建立
• 3.1 矿区地层岩性分布
• 3.2 模型的建立
• 第4章 微震监测原理及设备安装
• 4.1 岩体声发射活动规律
• 4.1.1 岩体声发射活动特性
• 4.1.2 岩体声发射活动类型
• 4.1.3 微震时空分布规律
• 4.2 微震信号采集及定位方法
• 4.2.1 声发射信号特征参数
• 4.2.2 声发射信号的采集
• 4.2.3 声发射定位方法
• 4.3 设备的安装
• 第5章 微震数据采集与后处理系统的开发
• 5.1 设置OpenGL图形绘绘环境
• 5.2 利用ADO技术实现数据库操作
• 5.3 系统模块与主要数据结构
• 5.3.1 模型导入模块
• 5.3.2 数据操作模块
• 5.3.3 远程访问模块
• 5.4 系统主要功能
• 5.5 应力集中区微震事件分析
• 第6章 帷幕应力场计算与分析
• 6.1 渗流基本概念及Darcy定律
• 6.2 渗流连续性方程
• 6.3 承压水运动的基本微分方程
• 6.4 定解条件
• 6.5 地质模型的简化及物理力学参数的确定
• 6.6 流固耦合情况下应力场的计算
• 6.6.1 控制方程
• 6.6.2 分析步骤
• 6.7 结论
• 第7章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢