深部采场结构参数及回采顺序优化研究

论文摘要

在采矿工程技术领域,对采场结构参数及回采顺序的研究是岩体力学的重要内容之一。以前,由于研究手段的限制,对其研究多是依靠经验、半经验的方法进行,一些潜在的危险因素难以得到揭示分析。特别是随着回采深度的增加,在深部矿体中,采场结构参数及回采顺序的不合理常常导致大规模地压活动,许多矿体不得不弃采,造成矿产资源大量损失。本文在横向课题“深部采场结构参数及回采顺序的优化研究”的资助下,以南京栖霞山铅锌矿为依托,在分析现场工程地质调查和借鉴类似工程经验的基础之上,运用数值分析方法,对该矿虎爪山矿段1号主矿体的深部采场结构参数及回采顺序进行了研究,主要研究工作为:①在对矿区工程地质条件和开采现状调查的基础上,将岩石单轴抗压强度、RQD、节理间距、节理状况、地下水状况及节理的不利空间展布作为6个基本参数,利用RMR法对岩体质量进行评价,并结合霍克一布朗准则对采场岩体力学参数进行了估算,为数值模型提供较合理、可靠的力学参数;②从该矿工程实际出发,运用大型有限元软件ANSYS9.0,建立了深部采场二维数值模型,并采用多方案对比的方法,进行了结构参数优化研究。该研究表明,该矿深部采场合理的矿房布置方案为:矿房尺寸范围为22～25m或25～30m,并将这两种尺寸范围分别作为推荐方案1及推荐方案2;③建立了两种推荐方案的三维有限元模型,并对其分别进行了底柱及间柱的进一步优化,最终得出适合该矿区深部采场的结构参数;④对该矿实际实施的原始方案及优化后的两种推荐方案分别进行了三维稳定性研究。研究结果表明:原始方案的底柱稳定性较差,特别是,底柱局部应力集中严重塑性变形大,间柱(点柱)的稳定性良好;优化后底柱稳定性有了一定程度的改善,特别是点柱位置调整后,底柱应力集中及塑性变形均有不同程度的降低,但底柱局部仍需要加强支护工作;点柱的稳定性较原始方案有了大幅度的提高;⑤采用多方案对比的方法,在优化后的结构参数基础之上进行了回采顺序的优化研究。优化结果表明,盘区“品”字形连续开采的工作面布置方式可形成“免压拱”,能充分发挥围岩的自稳性,有利于维护盘区的稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表目录
• 1 绪论
• 1.1 论文选题及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 深部金属矿开采现状
• 1.2.2 采场结构参数及回采顺序研究现状
• 1.3 论文研究的内容及技术路线
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 2 深部开采工程概况
• 2.1 深部开采工程概况
• 2.2 深部采场工程地质条件
• 2.2.1 地质条件
• 2.2.2 构造特征
• 2.2.3 矿石特征
• 2.2.4 矿体特征
• 2.2.5 深部采场结构面统计
• 2.3 采场围岩宏观力学参数研究
• 2.3.1 深部采场围岩级别
• 2.3.2 力学参数的确定
• 2.4 本章小结
• 3 深部采场结构参数二维有限元研究
• 3.1 概述
• 3.2 深部采场现有结构尺寸调查分析
• 3.2.1 现有采场尺寸调查
• 3.2.2 采场现有尺寸存在的问题
• 3.3 采场结构参数优化二维有限元研究
• 3.3.1 采场矿房尺寸优化方案的提出
• 3.3.2 各方案底柱厚度优化
• 3.3.3 各方案间柱厚度优化
• 3.4 回采率比较
• 3.5 方案比选
• 3.6 本章小结
• 4 深部采场结构参数三维有限元研究
• 4.1 概述
• 4.2 计算模型
• 4.2.1 计算参数
• 4.2.2 计算荷载
• 4.2.3 网格划分及边界条件
• 4.3 原始方案稳定性研究
• 4.3.1 计算结果
• 4.3.2 稳定性分析
• 4.4 推荐方案1 稳定性研究
• 4.4.1 计算结果分析
• 4.4.2 优化结果稳定性分析
• 4.5 推荐方案2 稳定性研究
• 4.5.1 计算结果
• 4.5.1 优化结果稳定性分析
• 4.6 方案稳定性比较
• 4.7 深部岩体材料参数对采场结构参数影响的简单讨论
• 4.7.1 参数取值的模糊性
• 4.7.2 讨论结果
• 4.8 回采率
• 4.9 优化结果
• 4.10 本章小结
• 5 深部采场回采顺序优化研究
• 5.1 概述
• 5.2 深部采场回采顺序方案比选
• 5.2.1 回采顺序优化的基本原则
• 5.2.2 回采方案1
• 5.2.3 回采方案2
• 5.2.4 回采方案3
• 5.3 方案比选
• 5.4 优化方案技术要点
• 5.4.1 深部采场结构参数
• 5.4.2 采准切割工程
• 5.4.3 回采工作
• 5.5 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• 附录B 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录