复杂富水矿山突水风险与注浆设计综合分析与评价 ——以白象山铁矿和高阳铁矿分析为例

论文摘要

本文以“十一五”国家科技支撑计划课题“复杂富水矿床开采关键技术开发与研究”(2006BAB02A01)为依托,以典型复杂富水矿山白象山铁矿和高阳铁矿为研究对象,对前者的矿区突水风险进行了由浅到深和由半定量化到定量化的逐步深入研究,对后者矿区内大量存在的典型导水断层进行了预注浆设计的数值模拟研究,得到了一些有益的结果,为该类矿山的地下水防治工作提供了理论性和实践性的指导作用。具体研究成果如下:(1)矿区充水程度分区研究:以模糊数学为评判工具,对白象山铁矿矿区充水程度进行分区综合评价。首先选取了9个评价指标,通过层次分析法和专家调查法相结合确定出各指标的权重,以相关规范为基础,结合白象山铁矿实际情况确定出了评价的分级标准,然后确定了此次评价的范围,网格化底图,共划得1144个评价单元,对各评价单元进行实际赋值,获得各单元的评价矩阵,通过模糊综合评判方法计算各评价单元的隶属度,得到了评价单元的充水程度等级,最后对评价结果进行分析,为下一步矿区突水风险综合评价和突水防治措施的制定提供了可靠的前提和依据。(2)矿区突水风险分区研究:以矿区充水程度分区研究为基础,将人为因素对突水风险的影响作用充分考虑进去,仍然借助模糊数学对突水风险进行分区综合评价。首先在充水程度评价选取的9个指标基础上,增加了7个评价指标,包括对突水风险有较大影响的围岩强度、隔水层厚度和人为因素中的5个重要方面,共同构成突水风险综合评价指标体系,仍然通过层次分析法和专家调查法相结合来确定各指标权重,以相关规范为基础,结合白象山铁矿实际情况确定出评价分级标准,然后确定此次评价的范围,网格化底图,共划得685个评价单元,对各评价单元进行实际赋值,获得各单元的评价矩阵,通过模糊综合评判方法计算各评价单元的隶属度,得到了评价单元的突水风险等级,最后对评价结果进行分析,为下一步制定安全生产方案提供了直观可靠的数据支持。(3)导水断层预注浆设计数值模拟研究:以大型有限元分析软件ANSYS为研究工具,针对高阳铁矿典型导水断层建立多个注浆模型,试算出90°、60°、30°倾角断层在1Mpa、0.75Mpa、0.5Mpa和0.25Mpa各个水压下的临界注浆厚度,将计算结果汇总并进行分析,找到了水压与临界注浆厚度之间的变化规律以及水压变化下注浆体以及模型的应力、位移和塑性区变化规律,为高阳铁矿该类断层注浆堵水设计提供了定量依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 白象山铁矿的研究现状
• 1.2.2 高阳铁矿的研究现状
• 1.2.3 突水风险评价的研究现状
• 1.3 研究思路和技术路线
• 第2章 白象山铁矿与高阳铁矿水文地质条件
• 2.1 白象山铁矿水文地质条件
• 2.1.1 矿区概况
• 2.1.2 矿区地层
• 2.1.3 矿区构造
• 2.1.4 地下水分布规律
• 2.1.5 地表水及地下水变化动态规律
• 2.1.6 矿区水文地质边界条件
• 2.1.7 矿区内水力联系
• 2.1.8 地下水的补给、径流、排泄
• 2.2 高阳铁矿水文地质条件
• 2.2.1 矿区概况
• 2.2.2 矿区地层
• 2.2.3 矿区构造
• 2.2.4 含水层分布
• 第3章 白象山铁矿矿区充水程度模糊综合分析与评价
• 3.1 矿区充水条件分析
• 3.1.1 充水水源分析
• 3.1.2 充水通道分析
• 3.1.3 影响矿区充水程度的其他因素分析
• 3.2 矿区充水程度模糊综合评价
• 3.2.1 评价范围及评价单元确定
• 3.2.2 选取评价模型
• 3.2.3 指标体系的建立
• 3.2.4 评价指标权重的确定
• 3.2.5 评价指标的分级和分级标准
• 3.2.6 评价单元的赋值
• 3.2.7 隶属度的确定
• 3.2.8 分区评价
• 3.2.9 评价结果分析
• 第4章 白象山铁矿矿区突水风险模糊综合分析与评价
• 4.1 突水风险影响因素分析
• 4.2 矿区突水风险模糊综合评价
• 4.2.1 评价范围及评价单元确定
• 4.2.2 选取评价模型
• 4.2.3 指标体系的建立
• 4.2.4 评价指标权重的确定
• 4.2.5 评价指标的分级和分级标准
• 4.2.6 评价单元的赋值
• 4.2.7 隶属度的确定
• 4.2.8 分区评价
• 4.2.9 评价结果分析
• 第5章 高阳铁矿导水断层预注浆设计数值模拟研究
• 5.1 确定计算范围
• 5.2 确定边界条件
• 5.3 建立物理模型
• 5.4 确定计算参数
• 5.4.1 地压
• 5.4.2 水压
• 5.4.3 地应力
• 5.4.4 材料物理力学参数
• 5.5 模拟方案的设计
• 5.6 数值模拟结果分析
• 5.6.1 90°倾角断层模拟结果分析
• 5.6.2 60°断层模拟结果分析
• 5.6.3 30°断层模拟结果分析
• 结论
• 参考文献
• 附表1 白象山铁矿矿区-450～-495米充水程度分区评价计算结果
• 附表2 白象山铁矿矿区-450～-495米突水风险分区评价计算结果
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的课题项目
• 致谢