倾斜中厚磷矿床崩落法开采采场矿压显现及覆岩活动规律研究

论文摘要

该文以云南磷化集团晋宁磷矿2号坑地下开采工程为背景,采用相似模型试验和数值模拟(Flac3D)相结合的方法,针对倾斜中厚磷矿体采用初步设计中的分段留矿—崩落法的可行性进行系统研究,揭示了采场顶板围岩的变形和破坏规律以及上覆岩层活动规律,验证了初步设计中开采方法在技术上的可行性,研究成果可为类似非金属矿床的开采所借鉴。论文的主要工作和取得的研究成果如下:①对晋宁磷矿2号坑矿岩体物理力学性质进行了试验测试,获得了该矿区矿岩体的物理力学性质参数。②根据晋宁磷矿2号坑矿体赋存条件及上覆岩层结构,以相似理论为基础,采用相似模拟实验,研究了采用分段留矿—崩落法开采倾斜中厚磷矿体的可行性,获得了开采过程中上覆岩层的活动规律。相似模型试验结果显示在设计范围（2220～2270m）开挖过程中,模型整体稳定,破坏形式以局部冒落为主,无大规模大范围下沉及破坏现象,说明初步设计的开采方案在技术上具有可行性。③以有限差分理论为基础,采用数值模拟方法(Flac3D)对晋宁磷矿2号坑地下开采进程进行了数值模拟研究,获得了顶板围岩的应力、位移及变形破坏规律。数值模拟结果与相似模拟实验结果较为吻合:在设计范围开挖计算过程中,模拟计算模型整体稳定,初步设计的开采方案在技术上具有可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 工程背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 崩落采矿方法研究现状及研究成果
• 1.2.2 相似模拟试验在采矿方法的研究与应用现状
• 1.2.3 数值模拟在采矿方法的研究与应用现状
• 1.3 论文研究主要内容和技术路线
• 1.3.1 研究主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 矿区工程概况
• 2.1 矿区地质
• 2.1.1 矿区所处大地构造位置
• 2.1.2 矿区地层
• 2.1.3 矿区构造
• 2.2 矿层地质
• 2.2.1 磷矿层
• 2.2.2 矿石特征
• 2.2.3 矿体围岩及夹石
• 2.3 矿床水文地质
• 2.3.1 地形地貌及气象水文
• 2.3.2 地表水系
• 2.3.3 含（透）水层与隔水层
• 2.3.4 地下水补给、径流与排泄条件
• 2.3.5 断裂构造的富（导）水性
• 2.3.6 水文地质勘探类型
• 2.3.7 拟选试验区段矿坑涌水分析
• 2.4 工程地质条件
• 2.4.1 工程地质岩组
• 2.4.2 岩（矿）石物理力学性质
• 2.4.3 顶底板稳定性
• 2.4.4 工程地质条件类型
• 2.5 环境地质
• 2.6 矿层及顶底板力学参数
• 2.6.1 岩石密度
• 2.6.2 单轴抗压强度试验
• 2.6.3 岩石单轴变形试验
• 2.6.4 岩石抗拉试验
• 2.6.5 岩石抗剪断强度
• 3 相似模型试验
• 3.1 试验原理
• 3.1.1 相似模型试验
• 3.1.2 相似理论
• 3.1.3 相似准则
• 3.1.4 因次分析
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 相似模型试验架
• 3.2.2 相似原型地质条件
• 3.2.3 试验剖面选取
• 3.2.4 相似准则确定
• 3.2.5 试验参数选取
• 3.2.6 试验材料选取
• 3.2.7 材料配比计算
• 3.2.8 相似模型制作
• 3.2.9 模型开挖
• 3.2.10 试验监测以及数据处理
• 3.3 试验结论
• 3.3.1 应力分布规律
• 3.3.2 位移规律
• 3.3.3 变形破坏特征
• 3.4 小结
• 4 数值模拟试验
• 4.1 试验原理
• 3D 简介'>4.1.1 Flac^3D简介
• 3D 计算基本原理与理论'>4.1.2 Flac^3D计算基本原理与理论
• 4.1.3 数学模型描述
• 4.1.4 符号约定
• 4.1.5 运动平衡方程
• 4.1.6 边界条件和初始条件
• 4.1.7 本构方程
• 4.1.8 数值方程
• 4.1.9 网格离散
• 4.1.10 数值计算流程
• 4.2 试验设计
• 4.2.1 模型网格构建
• 4.2.2 数值计算本构关系
• 4.2.3 岩体力学参数确定
• 4.3 试验结论
• 4.3.1 应力规律
• 4.3.2 位移规律
• 4.4 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A: 作者在攻读硕士学位期间的科研情况
• B：攻读硕士学位期间发表论文情况