湘福石膏矿厚大矿体采场结构参数优化研究

论文摘要

我国的石膏资源储量大,分布广,普膏多,优质膏少。现有大约500座石膏矿山,年平均产量约5万吨。石膏主要用于建筑制品、水泥缓凝剂、土壤调节剂、肥料、工艺美术等行业,为国民经济的发展做出了很大的贡献。近十多年来,石膏是非金属矿中发展速度最快和发展势头最稳定的矿种。我国70%的石膏矿属于地下开采,而且基本上均是采用留石膏护顶层的房柱法开采。采场结构参数对石膏矿的开采非常重要,合理的采场结构参数,不仅可以确保顶板稳定,不发生采空区塌陷和地表沉陷等大规模的地压活动,还可以最大限度的提高矿石回收率,增加矿山的经济效益。本文结合湖南省临澧县湘福石膏矿的实际开采情况,进行了石膏矿缓倾斜厚大矿体采场结构参数的优化研究。首先对湘福石膏矿的矿石进行了室内抗压、抗拉和抗剪力学试验,得出了其岩石力学性能参数。其次采用Hoek-Brown强度准则,把岩石力学参数转换成岩体力学参数。然后运用弹塑性力学、结构力学、材料力学、工程力学以及工程经验公式,从理论上求解出矿房极限跨度、石膏护顶层厚度、矿柱尺寸、矿柱间距以及厚大矿体分层开采的隔离板厚度等采场结构参数。最后运用MIDAS有限元计算软件,对石膏矿缓倾斜厚大矿体单层开采和分层开采下不同采场结构参数的矿体回采进行了数值模拟分析研究,得出石膏矿缓倾斜厚大矿体更适合采用分层开采技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的提出和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文研究的技术路线
• 第二章 湘福石膏矿矿区概况
• 2.1 矿区位置与交通
• 2.2 矿山开采现状
• 2.3 矿区地质概况
• 2.3.1 地层
• 2.3.2 构造
• 2.3.3 矿床特征
• 2.3.4 矿层特征
• 2.3.5 矿层围岩和夹石
• 2.4 本章小结
• 第三章 岩石力学试验
• 3.1 试验对象和内容
• 3.2 试验方法
• 3.3 岩石力学试验结果
• 3.3.1 岩石的强度特征
• 3.3.2 岩石的变形性质
• 3.3.3 岩石的软化特征
• 3.3.4 岩石的脆性特征
• 3.4 岩体力学参数
• 3.5 本章小结
• 第四章 研究理论基础
• 4.1 前言
• 4.2 岩体破坏理论依据
• 4.2.1 张破坏判据
• 4.2.2 剪破坏判据
• 4.2.3 沿结构面滑动的判据
• 4.2.4 倾倒破坏判据
• 4.2.5 溃屈破坏判据
• 4.2.6 弯折破坏判据
• 4.3 采场结构参数评价原则
• 4.3.1 安全原则
• 4.3.2 经济原则
• 4.4 本章小结
• 第五章 矿房跨度研究
• 5.1 矿房跨度研究
• 5.1.1 结构力学"梁"理论
• 5.1.2 厚跨比理论
• 5.1.3 普氏压力拱理论
• 5.1.4 荷载传递交汇线理论
• 5.2 矿房跨度优化
• 5.3 护顶层厚度研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 矿柱稳定性研究
• 6.1 矿柱稳定性研究
• 6.1.1 矿柱强度研究
• 6.1.2 矿柱承受载荷研究
• 6.1.3 矿柱稳定性研究
• 6.2 分层开采隔离板稳定性研究
• 6.2.1 矿柱发生弯曲变形的临界载荷
• 6.2.2 矿柱弯折破坏时的极限挠度
• 6.2.3 矿柱最大的弯曲变形能
• 6.2.4 隔离板稳定性研究
• 6.3 本章小结
• 第七章 采场结构参数优化研究
• 7.1 数值分析方法概述
• 7.2 计算模型
• 7.2.1 计算模型
• 7.2.2 模型参数
• 7.3 数值计算结果
• 7.3.1 工况—计算结果
• 7.3.2 工况二计算结果
• 7.3.3 采场结构最优参数
• 7.4 本章小结
• 第八章 全文总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果