大面积充填体下采场盘区矿柱留设方案优化及地压监测研究

论文摘要

随着浅部资源的逐渐耗竭,矿产资源开发向深部推进已成必然趋势。随着矿体开采深度的增加,地压活动将越来越频繁,必须采取科学的地压管理和监测手段,确保最大限度地安全回收深部矿产资源。本文针对新桥矿业有限公司（简称新桥矿）地下开采过程中浅部（-180m～-230m中段）未留永久性连续盘区矿柱,15～20万m2的采空区充填质量较差及接项困难等特殊条件,综合采用了理论分析、数值模拟、现场监测等手段,对深部（-230m～-270m中段）充填开采过程中的地压显现规律进行了系统分析和深入研究,取得了如下研究成果：（1）在总结岩体的破坏类型与破坏机理的基础上,从能量守恒角度分析了岩体破坏过程的中能量变化,探讨了影响采空区顶板、矿柱失稳的主要因素及力学机理。（2）运用能量守恒原理和尖点突变理论,建立了采场顶板-矿柱系统的力学模型,通过构建系统的突变势函数,揭示了顶板-矿柱系统突变失稳发生的机理及突变发生的充分条件和必要条件,并以此分析了新桥矿采场稳定性,得出了深部必须留设合理盘区矿柱的结论。（3）利用大型有限元分析软件MIDAS,模拟并分析了新桥矿-270m中段不同盘区矿柱布设方案下的地下采场的应力、位移情况,在兼顾经济效益与采场安全管理的前提下,提出了合理的盘区矿柱布设方案。（4）根据数值模拟结果并结合现场施工经验,设计了新桥矿深部岩体地压监测网。通过对取得位移数据的分析,验证了数值模拟的结果的可靠性,进而预测出地压显现较严重的区域,为采场安全、高效的回采提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景、目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 采场稳定性分析方法研究现状
• 1.2.2 突变理论在采场稳定性分析中的研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 采场顶板-矿柱破坏机理
• 2.1 岩体破坏方式
• 2.1.1 岩体拉伸破坏方式
• 2.1.2 岩体剪切破坏方式
• 2.2 岩体失稳破坏的能量分析
• 2.2.1 岩体破坏过程中的能量耗散结构理论
• 2.2.2 岩体破坏过程中的突变理论及破坏形式
• 2.3 采场失稳机理分析
• 2.3.1 采场稳定性的类型及影响因素
• 2.3.2 采场矿柱破坏形式及力学机理
• 2.3.3 采场顶板冒落类型及破坏机理
• 2.4 小结
• 第三章 基于尖点突变理论的采场顶板-矿柱稳定性分析
• 3.1 突变理论简介
• 3.1.1 突变理论基本概念
• 3.1.2 突变理论的模式
• 3.1.3 突变模式的基本特征
• 3.2 顶板-矿柱失稳的尖点突变模型
• 3.2.1 力学模型的建立
• 3.2.2 尖点突变模型
• 3.2.3 矿柱突变失稳的释能机制
• 3.3 新桥矿采场顶板-矿柱稳定性分析
• 3.4.1 东部采场矿柱稳定性分析
• 3.4.2 西部采场矿柱稳定性分析
• 3.4 小结
• 第四章 盘区矿柱留设方案优选
• 4.1 MIDAS有限元分析简介
• 4.2 矿体开采模型的建立
• 4.2.1 基本假设条件
• 4.2.2 计算模型及网格划分
• 4.2.3 边界约束条件
• 4.2.4 原岩应力
• 4.2.5 岩体力学参数
• 4.3 盘区矿柱布设方案数值模拟
• 4.3.1 盘区矿柱布设方案
• 4.3.2 开挖模拟步骤
• 4.3.3 数值模拟结果及分析
• 4.4 小结
• 第五章 地压监测系统设计与研究
• 5.1 地压监测方法选择
• 5.1.1 监测目的及原则
• 5.1.2 地压监测方法选择
• 5.2 地压监测系统设计
• 5.2.1 地压监测方法
• 5.2.2 测点布置及安装
• 5.2.3 地压监测周期
• 5.3 监测结果与分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果