金属矿山老空区的稳定分析与安全预测

论文摘要

我国的金属矿山过去许多采用空场法开采,留下了大量的采空区,其大量存在,将会引起冲击地压、地表塌陷、环境破坏等危害,因此,有必要对采空区的稳定性进行分析研究,为矿山的安全生产及后续的资源回收提供理论依据。本文以金岭铁矿召口矿区的一次采空区冒落为研究背景,针对老空区的稳定问题,应用大型数值分析软件FLAC3D对采空区的稳定性进行评价分析。本文的具体研究内容包括:1.建立复杂采空区三维模型。将冒落前的空区围岩简化为力学模型,利用ANSYS强大的建模和网格划分功能,在ANSYS中对整个复杂空区建立三维模型,并生成节点和单元文件,通过数据转换程序,转换成FLAC3D可识别的数据文件,由此,便在FLAC3D中建立了计算模型。2.应力及位移分析。在FLAC3D中,对同一水平段的若干个矿房一次开挖,进行静态数值模拟,根据所得的最大主应力云图和位移云图,分析采空区的应力及位移变化规律,发现采空区顶板受拉,且其值随着开挖的进行而逐渐减小;四周会有朝向空区方向的位移,且其值随着开挖的进行而逐渐增大。由模拟计算结果,可以得出,403柱是破坏的源头。3.安全系数计算。在运用FLAC3D对同一水平段的若干个空区的稳定分析中,采用SOLVE fos命令进行强度折减计算,分析采空区的剪应变增量及单元状态,并求解安全系数。虽然由于在模拟计算时没有考虑断层、节理等结构面的影响,计算的安全系数是偏大,但可以得出403柱、601空区顶板、415空区和602空区交界处发生破坏的可能性比较大,这与实际情况是相一致的。在进行采空区顶板稳定性分析时,和长期监测定性评价的方法比较,数值模拟方法的引入,能够快速、定量的进行评价,为采空区顶板稳定性的预测、预报奠定了基础。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的和意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究应用现状
• 1.2.1 顶板岩层力学性质研究现状
• 1.2.2 数值模拟计算应用
• 1.3 本课题研究的内容及目标
• 第2章 顶板稳定性理论分析
• 2.1 岩体破坏机理
• 2.1.1 拉伸破坏
• 2.1.2 剪切破坏
• 2.2 地下岩体工程顶板结构类型
• 2.2.1 完整结构岩体
• 2.2.2 块裂结构岩体
• 2.2.3 碎裂结构岩体
• 2.2.4 散体结构岩体
• 2.3 顶板稳定性力学模型分析
• 2.3.1 弹塑性力学分析方法
• 2.3.2 块体平衡理论分析法
• 2.3.3 松散体力学分析
• 第3章 有限差分法原理及强度折减法原理
• 3.1 有限差分法原理
• 3.1.1 弹性力学中有限差分基本方程
• 3.1.2 拉格朗日元法简介
• 3D简介'>3.1.3 FLAC^3D简介
• 3D程序的原理'>3.1.4 FLAC^3D程序的原理
• 3.1.5 一般求解步骤
• 3.2 强度折减法的基本原理
• 3.2.1 传统极限平衡方法关于稳定安全系数的定义
• 3.2.2 有限元强度折减法中关于稳定安全系数的定义
• 3.2.3 有限差分强度折减法中关于安全系数的定义
• 第4章 采空区稳定性的数值模拟
• 4.1 采空区稳定性数值模拟的计算方法
• 3D程序与有限元法的区别'>4.1.1 FLAC^3D程序与有限元法的区别
• 4.1.2 数值模拟的计算方法
• 4.2 数值模拟分析
• 4.2.1 矿区的基本情况
• 4.2.2 计算基本假设
• 4.2.3 计算模型
• 4.2.4 岩体力学参数
• 4.2.5 边界条件和屈服条件
• 4.2.6 模拟计算过程
• 4.3 计算结果及分析
• 4.3.1 开挖-277m水平上的340-1、340-2和341矿房
• 4.3.2 开挖-350m水平上的403、414和415矿房
• 4.3.3 开挖-430m水平上的601和602矿房
• 4.3.4 数值模拟计算结果分析
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及科研工作
• 致谢