顶板不稳固缓倾斜铝土矿低贫损安全高效开采技术研究

论文摘要

铝土矿资源是我国重要的矿产资源,近年来,随着我国露天可开采铝土矿资源的逐渐减少,铝土矿地下开采已成为必然趋势。然而,埋藏较深的铝土矿资源中,矿床大部分为缓倾斜沉积矿床。矿体直接顶板通常为粘土页岩、炭质页岩及砂质粘土岩等岩石,这类矿床顶板自身稳固性较差,为了确保回采安全,需留较多的矿柱来支撑顶板,因此,矿石损失率有时高达30%以上。这不仅造成了铝土矿资源的浪费,且增加了开采成本,缩短了矿山服务年限,不利于矿山的可持续发展。开展关于顶板不稳固条件下,提高铝土资源回收率的研究是行业的需求。本论文以中国铝业重庆800kt/a氧化铝项目为依托,开展顶板不稳固缓倾斜铝土矿低贫损高效开采技术研究。根据重庆分公司铝土矿资源特点,借鉴煤矿及其他有色金属矿山的经验,提出“利用液压支柱提高重庆铝土矿回采率的设想。在广泛调查国内外相似矿山开采的基础上,采用现场调研、现场工业试验、数值模拟、及理论分析相结合的研究方法,并借助于现代ANSYS有限元数值平台分析顶板稳定性技术手段,获取可靠的试验期内试验采场顶板岩层形变场变化规律、及试验采场液压支护参数,提高回采率,实现相似地质条件下采场安全开采。本课题具有多个创新点,首先,形成铝土矿地下开采,利用液压单体设备临时支护的工艺及技术参数,提高铝土矿地下开采的回收率；其次,通过采场地压监测技术及数值分析技术,确定液压临时支护和采场放顶的时间相依性,探明重庆分公司铝土矿地下开采的地压控制技术。本课题实施后,使矿山回采率提高7%左右；单盘多采矿2000t；同时延长矿山的服务年限。试验成功的证明了,采用液压单体设备临时支护,不仅可以提高回采率,延长矿山服务年限,同时也为同类矿床的开采提供借鉴和技术支撑,还可填补我国缓倾斜铝土矿地下开采方式的空白,实现安全、高效、高回收率、低成本,具备较高的实践意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出及研究意义
• 1.2 文献准备
• 1.2.1 国内外铝土资源开采现状
• 1.2.2 国内外岩体质量分级方法简介
• 1.3 论文技术路线及主要研究内容、
• 第二章 试验采区地质条件与开采技术概述
• 2.1 工程概况
• 2.2 矿区地质
• 2.3 试验采区矿床地质
• 2.4 试验采区矿床开采技术条件
• 2.4.1 工程地质条件
• 2.4.2 水文地质条件
• 2.4.3 环境地质条件
• 2.5 本章小结
• 第三章 灰河上采区岩体质量评价
• 3.1 目的任务
• 3.2 岩石力学试验
• 3.3 岩体地质构造调查
• 3.3.1 构造调查方法及调查内容
• 3.3.2 各岩组节理构造分析结果
• 3.4 岩体质量分析
• 3.4.1 工程岩体分级方法和标准
• 3.4.2 工程岩体级别的确定
• 3.4.3 灰河上采区岩体质量评价
• 3.4.4 小结
• 3.5 本章小结
• 第四章 利用液压支柱试验方案的实施
• 4.1 试验矿块选择
• 4.2 试验方案的实施
• 4.3 工作面支护和顶板管理
• 4.3.1 采场工作面支护形式
• 4.3.2 DW（DZ）型单体液压支柱简介
• 4.3.3 工作面支护设计
• 4.3.4 单体面支护质量监测及数据分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 采场地压监测
• 5.1 地压监测目的、方法及内容
• 5.2 地压监测设计方案
• 5.2.1 钻孔应力计监测
• 5.2.2 多点位移计监测
• 5.2.3 顶板沉降报警监测
• 5.2.4 巷道收敛监测
• 5.3 监测系统现场实施
• 5.3.1 监测系统优化设计
• 5.3.2 监测系统安装
• 5.3.3 日常监测频率及报警值
• 5.4 监测数据分析
• 5.4.1 钻孔应力数据分析
• 5.4.2 多点位移计数据分析
• 5.4.3 顶板离层报警仪数据分析
• 5.4.4 巷道断面收敛数据分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 采场顶板允许跨度和暴露面积分析
• 6.1 Mathews稳定性分析方法
• 6.2 稳定性指数和水力半径的确定
• 6.3 采场顶板允许跨度和暴露面积分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 采动地压变化及回采顺序优化数值分析研究
• 7.1 模型的建立
• 7.2 开采方案模型
• 7.2.1 几何模型及模拟开采方案
• 7.2.2 监测点布置方案
• 7.3 开采模拟结果分析
• 7.3.1 空区围岩应力变化特征
• 7.3.2 空区围岩变形特征
• 7.3.3 矿体及围岩破坏特征
• 7.4 本章小结
• 第八章 技术经济评价与分析
• 8.1 技术经济评价
• 8.1.1 技术评价
• 8.1.2 经济评价
• 8.2 经济效益分析
• 第九章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果