充填体中矿柱留设对地表沉降的影响

论文摘要

在矿产资源日益短缺的情况下,“三下”矿山的开采对我国的经济发展有着重要的意义。位于邯郸市武安境内的云驾岭铁矿也属于“三下”矿山,其上部为云驾岭村庄和玉石洼铁矿生活区。该矿地质储量2641万t,矿石平均品位为46.51%,是我国赋存量不多的高品位铁矿石,在国际铁矿石价格大幅增长和我国大量进口的情况下,该矿的开采有利于解决国内铁矿石的紧张局面。该矿开采有两个大方案,一是搬迁村庄,二是用“三下”开采的方法采出矿石。由于搬迁费用昂贵、选址困难,所以该矿在开采方案设计中采用嗣后充填房柱采矿法,用工程类比法确定留设21%的永久矿柱。缩小留设矿柱比例就意味着多回收矿石,为此,用FLAC软件模拟采用嗣后充填房柱法时,留设不同比例矿柱对地表沉降的影响。模拟工作是运用有限差分FLAC软件进行的,在对矿山工程地质、采场结构参数及原岩应力场的调研基础上,建立了力学简化模型。共建立了四个三维实体模型,依次是:21%的永久矿柱(不充填)、21%的永久矿柱(充填)、16%的永久矿柱(充填)、10%的永久矿柱(充填)。在模拟过程中,通过矿房在开挖过程中的应力和位移的变化,最终影响到地表沉降量,以此来确定既少留永久矿柱,又可保证地表村庄安全的可行方案。通过对四种方案的一一数值模拟,得出留设16%永久矿柱(充填),地表沉降可达建筑物II级破坏等级标准。而留设10%永久矿柱(充填),地表沉降可达建筑物IV级破坏等级标准,村庄建筑物的保护等级为III级。因此矿柱留设比例可在10%～16%之间选择,即可比原开采方案提高矿石回收率5%～11%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 金属矿山矿柱稳定性国内外研究现状
• 1.2 开采沉陷理论的发展和国内外研究现状
• 1.2.1 开采沉陷的发展历史
• 1.2.2 开采沉陷国内外研究现状
• 1.2.3 开采沉陷理论的发展趋势
• 1.3 建筑物下开采存在的问题
• 2 建筑物下开采技术理论基础
• 2.1 岩石变形及破坏过程
• 2.2 矿柱的破坏机理
• 2.3 矩形矿柱稳定性计算
• 2.4 地下开采覆岩移动及地表变形规律
• 2.4.1 覆岩的受力状态及变形规律
• 2.4.2 地表变形规律及特征
• 2.5 开采沉陷对地表建筑物的影响
• 2.5.1 建筑物下采矿理论依据
• 2.5.2 地下开采对地表建筑物的影响
• 2.5.3 建筑物变形和破坏与地表变形的关系
• 2.6 地表建筑物的保护等级及保护措施
• 2.6.1 建筑物的保护
• 2.6.2 减少地表移动和变形的开采措施
• 2.6.3 建（构）筑物的地面加固保护措施
• 2.7 本章小结
• 3 研究内容及方法
• 3.1 研究内容
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 计算假设
• 3.2.2 岩体的本构模型
• 3.2.3 稳定性评价指标
• 3.2.4 有限差分拉格朗日法的基本原理和计算步骤
• 4 云驾岭铁矿开采模型的建立
• 4.1 房柱模型建立时需考虑的问题
• 4.1.1 云驾岭铁矿地质地形条件和开采现状
• 4.1.2 云驾岭铁矿充填体强度要求
• 4.1.3 云驾岭铁矿充填材料的选择
• 4.2 物理模型的建立
• 4.3 建立房柱的三维实体模型
• 4.3.1 模型几何尺寸的确定
• 4.3.2 材料属性的确定
• 4.3.3 边界条件的确定
• 4.3.4 实体建模过程
• 4.4 模拟计算结果
• 5 数值模拟结果分析
• 5.1 应力分布状态及其变化过程
• 5.2 位移分布状态及其变化过程
• 5.3 21%矿柱、16%矿柱和10%矿柱都充填计算结果的
• 5.4 21%永久矿柱（不充填）与21%永久矿柱（充填）计算结果比
• 5.5 预计结果分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 数值模拟结果图
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集