大范围隐患区资源开采安全控制技术研究

论文摘要

本文针对铜坑矿大范围隐患区下的矿体开采安全技术,综合采用理论分析、工业试验、数值模拟等技术手段,展开了系统的研究工作。分析了大范围隐患区开采的安全问题及其影响因素,研究在大范围隐患区下资源开采的地压安全与管理,提出了隐患矿体连续开采顶板诱导崩落技术思路及其实施工艺,预测了隐患区下的大爆破危害效应。对隐患矿体下的热环境与通风问题开展了数值模拟,提出相应的控制措施,结果表明,研究结果能够有效的改善大范围隐患区下矿体开采的安全技术条件,提高矿山的资源综合利用效率。(1)针对华锡集团铜坑矿隐患矿体的开采,研究了隐患矿体开采安全厚度的力学分析模型,并运用非线性技术理论预测了隐患矿体连续开采条件下的顶板安全厚度。构建了基于RFPA的连续采矿对顶板扰动崩落的时变力学模型,分析了采矿扰动下的顶板诱导崩落时变效应。(2)提出了隐患区下基于连续采矿顶板诱导崩落技术,即顶板岩体中的部分强制放顶,两侧预裂控制崩落空间的诱导放顶方案,确定了合理的人工干扰放顶的时间,设计了诱导崩顶的爆破顺序和爆破参数。(3)针对复杂的隐患区下细脉带的开采环境,预测了地下工程大爆破灾害的危险度,主要包括地下大爆破的地震灾害、爆破冲击波和有害气体,提出了地下大爆破灾害与效应的安全控制措施。(4)分析了大范围隐患区下开采的衍生灾变特征和主要的灾变类型,提出了衍生灾变数字化监测与预报安全技术,并通过数字化钻孔监测研究了诱导放顶的岩体裂隙演化规律。(5)针对复杂自燃的细脉带矿体及其立体开采环境下,通过数值模拟热源影响下的风流与作业点舒适度,优化隐患环境下地下采场通风参数,提出铜坑矿火区性能化设计方法和控制措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.2 主要的问题
• 1.3 研究现状
• 1.4 研究的意义
• 1.5 研究的思路与主要内容
• 1.5.1 研究思路
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 大范围隐患区下资源安全开采数值模拟研究
• 2.1 前言
• 2.2 隐患区矿体开采顶板安全厚度的非线性预测
• 2.2.1 顶板稳定性评价方法与原则
• 2.2.2 安全顶板厚度影响因素
• 2.2.3 采空区的破坏机制及顶板安全厚度的数值模拟
• 2.2.4 顶板安全厚度的非线性回归模型
• 2.2.5 安全顶板厚度非线性神经网络预测
• 2.2.6 安全顶板厚度的确定与验算
• 2.3 连续采矿诱导顶板崩落时变数值模拟
• 2.3.1 时变分析方法
• 2.3.2 顶板诱导崩落时变分析基本方程
• 2.3.3 模型建立
• 2.3.4 参数赋值
• 2.3.5 结果分析
• 2.4 小结
• 第三章 隐患区下顶板诱导崩落技术研究
• 3.1 顶板诱导崩落区概况
• 3.2 顶板诱导处理方案研究
• 3.2.1 充填体下顶板诱导崩落技术研究
• 3.2.2 非充填体下顶板诱导崩落模式的数值模拟
• 3.3 顶板诱导崩落工艺
• 3.3.1 顶板诱导崩落技术参数的确定
• l的确定'>3.3.2 预裂孔线装药密度q_l的确定
• 3.3.3 顶板诱导崩落装药结构和起爆方法
• 3.3.4 安全技术措施
• 3.3.5 爆破效果与分析
• 3.4 结论
• 第四章 大范围隐患区井下大爆破技术与安全控制
• 4.1 细脉带大范围隐患区大爆破技术
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 爆破方式
• 4.1.3 爆破器材
• 4.1.4 起爆网路
• 4.1.5 爆破效果
• 4.2 隐患区下的爆破安全预测与控制
• 4.2.1 地下隐患区下大爆破灾害效应类型
• 4.2.2 大爆破灾害效应预测
• 4.3 大爆破安全技术措施
• 4.3.1 防止爆破过程中有害效应措施
• 4.3.2 爆破地震作用控制及防护工程
• 4.4 爆破有害效应监测与分析
• 4.4.1 爆破震动
• 4.4.2 爆破冲击波
• 4.4.3 爆破有害气体
• 4.4.4 地压监控与安全措施
• 4.4.5 矿山环境
• 4.5 小结
• 第五章 大范围隐患区开采衍生灾变与控制
• 5.1 大范围隐患区开采衍生灾害特征
• 5.1.1 衍生灾变的类型
• 5.1.2 大范围隐患区开采衍生灾变特征
• 5.2 大范围隐患区开采衍生灾变数值模拟与预测
• 5.2.1 数值模拟模型的构建
• 5.2.2 数值结果分析
• 5.2.3 充填体下连续开采的三维有限元地压模拟结果
• 5.3 衍生灾变数字化监测与预报
• 5.3.1 地压监测预报
• 5.3.2 92号矿体地质灾害信息系统研究
• 5.3.3 数字可视化钻孔监测
• 5.4 裂隙形态统计分析
• 5.4.1 裂隙倾向
• 5.4.2 裂隙倾角
• 5.4.3 裂隙迹长
• 5.4.4 裂隙深度
• 5.4.5 诱导致裂裂隙演化规律
• 5.5 衍生灾变行为控制
• 5.6 小结
• 第六章 大范围隐患区下通风环境与安全控制
• 6.1 基本守恒方程
• 6.1.1 烟流的三维流动模型
• 6.1.2 火灾烟气流动模型的控制方程
• 6.2 隐患区下采场通风与环境控制数值模拟
• 6.2.1 物理模型
• 6.2.2 基本假设
• 6.2.3 边界条件
• 6.2.4 数值模拟结果分析
• 6.2.5 不同顶板热源温度环境下的热环境效果研究
• 6.3 铜坑矿火区采场性能化防火设计
• 6.3.1 基本概念和优点
• 6.3.2 矿山性能化设计的性能规范和防火安全目标
• 6.3.3 矿山性能化设计方案的评估
• 6.3.4 性能化方法在矿山自燃火灾防火设计中的应用
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果