露天开采境界内采空区建模、稳定性分析及治理研究

论文摘要

我国的一些露天矿山,由于小规模地采、民采及历史原因,在矿区露天开采境界内存在大量未处理的采空区。这些采空区由于受地压、岩石风化及爆破震动的影响,发生了不同程度的坍塌、破坏,体积与高度也发生了改变,致使残留的多层采空区复杂难辨。露天开采中,这些形态各异、大小高低不同不规则的采空区,严重威胁着开采人员与设备的安全。因此,很有必要就目前我国露天矿山所存在的采空区危害进行包括空区三维可视化、空区稳定性、爆破载荷对空区稳定性的影响及其空区治理措施等方面的研究。鉴于此,本文的主要研究内容如下：1、收集、整理、分析大宝山矿采空区的基本资料,运用MIDAS-GTS软件分别建立地表模型、各中段空区模型以及矿山整体模型,以期直观地反映出采空区和露天边坡之间的三维空间关系。2、建立数值计算简化模型,对台阶动态开挖作用下的空区稳定性进行分析。通过对空区应力、位移的分析,得出台阶动态开挖对采空区稳定性的影响。3、利用数值方法研究爆破动载荷作用下空区的稳定性。分别研究爆破载荷的大小、作用位置对空区的位移、速度、加速度的影响,得出爆破动载荷对空区稳定性的影响规律。4、以露天开采境界下的空区为研究对象,根据空区赋存形态、矿岩稳固条件、空区治理难易程度,对露天空区进行分类；从实际生产、数值模拟、空区稳定性评判的角度对空区治理与否的标准进行界定；确定露天采空区治理的原则和治理的有效步骤。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 三维可视化研究现状
• 1.2.2 采空区稳定性分析与数值模拟研究现状
• 1.2.3 动载荷对空区稳定性的影响研究现状
• 1.3 本文研究意义、研究内容与技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要研究技术路线
• 第二章 露天矿山复杂采空区三维可视化模型的建立
• 2.1 研究的工程背景
• 2.2 MIDSA-GTS软件介绍
• 2.3 三维可视化建模优越性
• 2.4 三维可视化模型的建立方法
• 2.4.1 资料收集和整理
• 2.4.2 矿山地表模型的建立方法
• 2.4.3 各分段空区模型的建立
• 2.5 矿山空区整体模型的建立
• 2.6 本章小结
• 第三章 露天台阶动态开挖对采空区稳定性影响
• 3.1 数值计算模型的建立
• 3.1.1 数值模型建立
• 3.1.2 模型网格划分
• 3.2 空区稳定性数值计算
• 3.2.1 模型力学属性赋值
• 3.2.2 给定模型边界条件
• 3.2.3 对模型施加荷载及设定计算方式
• 3.2.4 开挖方案
• 3.2.5 定义施工阶段
• 3.2.6 分析工况
• 3.3 空区稳定性数值分析
• 3.3.1 应力分析
• 3.3.2 位移分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 爆破动载荷对空区稳定性的影响分析
• 4.1 数值计算模型的建立
• 4.1.1 数值模型
• 4.1.2 特征值分析
• 4.1.3 爆破荷载动力分析
• 4.2 计算方案
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 单次爆破作用下
• 4.3.2 不同爆破动载荷作用下
• 4.3.3 不同位置载荷作用下
• 4.4 本章小结
• 第五章 露天开采境界下的空区的治理
• 5.1 露天开采境界下的空区的特点与分类
• 5.2 露天空区的治理与否的界限
• 5.3 露天开采境界下采空区的有效处理方法
• 5.3.1 露天空区的处理方法概述
• 5.3.2 露天采空区治理的原则和要求
• 5.3.3 露天采空区的处理步骤
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文及成果