地下铁矿床灰岩顶板突水机理及注浆堵水效果实验与模拟研究

论文摘要

本文以古家台铁矿深部开采和注浆帷幕堵水为工程背景,在对古家台铁矿大量地质资料调查和分析的基础上,进行了室内岩石力学试验、岩石渗透性试验、压汞仪岩石空隙率试验、充填体土工试验,得到了各类岩石以及充填体的物理力学参数以及渗透性参数。然后利用SURPAC软件建立的真实三维地质模型,运用大型岩土有限差分数值模拟软件FLAC3D,模拟了真实矿体开挖、填充对顶板的扰动,分析了顶板的应力、位移、塑性区,判断了注浆顶板是否会发生透水事故。本文的主要研究工作如下:（1）对矿山水文地质条件进行调查和分析后得知,矿体顶板灰岩的岩溶裂隙较发育,且富水性强,对采矿构成很大威胁,因此确定顶板为研究的对像,数值模拟分析的目标。（2）通过FLAC3D软件的学习,熟悉流固耦合理论,明确数值模拟需要的材料参数。（3）通过对现场取得岩样进行的各类试验,得到了各类岩石的物理力学、渗透性参数,为数值模拟提供了可靠的材料参数。（4）利用FLAC3D软件提供的开挖以及填充功能,凭借FLAC3D的强大的流固耦合计算功能对真实的开挖填充过程进行模拟。（5）基于对流固耦合模型计算结果的分析,矿房顶板和注浆灰岩顶板在扰动下的塑性区都还没有贯通,注浆灰岩的隔水性能够得到保证。得出结论:不会发生突水。（6）与不考虑渗流的情况作了简单的比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 古家台矿区地质水文基本情况
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线
• 第2章 流固耦合理论与多孔介质渗流
• 2.1 渗流的基本理论
• 2.1.1 达西定理
• 2.1.2 渗流连续性方程
• 2.1.3 渗流基本微分方程
• 2.1.4 渗流的平衡方程
• 2.1.5 渗流基本微分方程的定解条件
• 2.2 多孔介质的渗流与应力耦合
• 2.2.1 多孔介质的定义
• 2.2.2 多孔介质的流固耦合理论
• 2.3 FLAC3D 流固耦合计算方法
• 3D 简介'>2.3.1 FLAC^3D简介
• 3D 流–固相互作用数值计算的主要方法'>2.3.2 FLAC^3D流–固相互作用数值计算的主要方法
• 第3章 岩土力学参数实验及分析
• 3.1 单轴压缩试验结果
• 3.2 常规三轴试验结果
• 3.3 抗拉强度试验结果
• 3.4 充填体的土工试验结果
• 3.5 顶板灰岩注浆体和铁矿石的渗透性试验
• 3.5.1 试验原理
• 3.5.2 试验方法和技巧
• 3.5.3 试验结果
• 3.6 灰岩和注浆体灰岩的孔隙率试验
• 3.6.1 试验目的
• 3.6.2 压汞仪工作原理
• 3.6.3 试验用仪器、原材料及操作步骤和注意事项
• 3.6.4 试验结果
• 3.7 本章小结
• 第4章 顶板突水数值模拟及分析
• 4.1 几何模型及网格划分
• 4.2 本构模型及岩体性质
• 4.3 边界条件和初始条件
• 4.4 数值模拟计算结果及分析
• 4.4.1 自然条件下的数值模拟
• 4.4.2 开挖1 层1，3，5 矿房结果分析
• 4.4.3 充填1 层1，3，5 矿房结果及分析
• 4.4.4 其它各开挖及充填步结果汇总及分析
• 4.4.5 顶板应力、位移及塑性区分析
• 4.4.6 孔隙水压力的变化情况
• 4.5 不考虑渗流与考虑渗流计算结果分析及比较
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢