石膏矿冒顶引发冲击地压机理及防治措施研究

论文摘要

根据国家安全生产监督管理局2005年的统计资料，矿山顶板冒落、采空区垮塌造成的人员伤亡和经济损失，仅次于煤矿瓦斯突出灾害，已经超过了道路交通事故跃升为第二位。而在非煤矿山事故中，这类事故造成的人员伤亡和经济损失占第一位，尤其是石膏矿山发生的采空区顶板大面积冒落垮塌灾难性事故，造成的人员伤亡、财产损失和严重后果触目惊心。目前对冲击地压的研究工作主要集中在煤矿和金属矿山，在非金属矿山中的研究工作相对滞后。非金属矿山在井工开采过程中，不可避免地会出现矿山压力和岩层移动问题，出现采动动力损害问题，石膏矿山发生的采空区大面积垮塌灾害性事故充分说明了这一事实。通过对石膏矿山发生典型的冲击地压事故的调查研究，特别是顶板大面积垮塌引发冲击地压发生前、后的显现特征，从分析石膏矿山开采特点和采场结构参数入手，结合分析研究石膏矿山矿柱—顶板井下工程结构失稳破坏的机理，运用冲击地压的基本理论和分析方法，基本查明石膏矿山冲击地压发生的类型、发生条件和主要影响因素。运用FLAC-3D三维有限差分数值分析工具，研究了矿柱、顶底板的应力状态，查明了石膏矿山井下矿柱—顶板支撑系统的破坏过程和破坏模式。石膏矿山顶板大面积冒落是因为矿柱破坏失去支撑能力后，使顶板悬露面积扩大受拉破坏而发生的，是顶板断裂引起的顶板冲击。根据冲击地压的发生是自然地质条件和开采技术条件相互作用的结果的观点，通过对石膏矿山采矿技术条件和自然地质条件的研究认为：石膏矿山使用的采矿方法、采场结构参数不合理和采空区不处理，是造成石膏矿顶板垮落事故的物质条件，采空区的存在是矿山安全生产的极大隐患，是矿山的重大危险源。鉴于该类矿山的数量较多，潜在的危害极大，运用安全科学的理论和方法提出“采空区危害矿山”的概念，并提出该类矿山的分类和危险性分级方法。根据石膏矿床的赋存特点，提出使用改进的无底柱分段崩落采矿法，以此来提高矿山的回采率和消除因采矿形成的地下采空区；结合矿山开采的实际情况，推荐使用无底柱分段崩落采矿法在下分层处理上分层遗留的采空区处理方法，已经通过当地安监部门组织的专家评审，正在实施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出及课题研究的意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 石膏矿产资源及开采安全现状
• 1.1.3 课题研究的意义
• 1.2 矿山冲击地压
• 1.2.1 煤矿冲击地压
• 1.2.2 金属矿山冲击地压
• 1.2.3 石膏矿顶板大面积冒落
• 1.3 冲击地压发生的原因及分类
• 1.3.1 冲击地压发生的原因
• 1.3.2 冲击地压分类
• 1.4 冲击地压研究现状
• 1.4.1 冲击地压机理的研究
• 1.4.2 冲击地压破坏过程的研究
• 1.4.3 冲击地压的监测预报方法
• 1.5 论文研究的主要内容及其研究的思路
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 1.6 研究方法及技术路线
• 1.6.1 研究方法
• 1.6.2 技术路线
• 1.7 本论文主要研究工作评价
• 第2章 石膏矿床及石膏矿采场结构参数研究
• 2.1 石膏矿床赋存特征
• 2.2 石膏矿开采特点及采场结构参数
• 2.2.1 石膏矿开采的特点
• 2.2.2 采场结构参数
• 2.2.3 存在的主要问题
• 2.3 研究矿山—河北邢隆石膏矿基本情况
• 2.3.1 矿区概况及交通位置
• 2.3.2 地形、地貌及水系
• 2.3.3 气象及地震烈度
• 2.3.4 区域构造
• 2.3.5 矿区地质
• 2.3.6 矿体赋存特征
• 2.3.7 矿床开采技术条件
• 2.4 采场结构参数合理性分析研究
• 2.4.1 石膏矿房柱采矿法的实质
• 2.4.2 采场结构参数合理性分析研究
• 2.4.3 采场结构参数合理性验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 石膏矿顶板大面积冒落机理研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 顶板灾害事故
• 3.1.2 顶板冒落类型
• 3.2 石膏矿顶板大面积冒落事故
• 3.2.1 石膏矿顶板冒落事故概述
• 3.2.2 事故案例调查分析
• 3.2.3 石膏矿大面积冒顶的基本特征
• 3.3 石膏矿矿柱支撑应力分布规律研究
• 3.3.1 石膏矿采空区稳定条件
• 3.3.2 矿柱失稳及支撑应力分析
• 3.4 石膏矿顶板冒落机理研究
• 3.4.1 托板理论
• 3.4.2 托板理论的顶板稳定性分析
• 3.5 石膏矿厚矿体分层开采采场稳定性分析
• 3.5.1 矿柱的对齐方式
• 3.5.2 多水平分层开采顶板和间柱应力数值分析
• 3.6 石膏矿顶板冲击地压
• 3.6.1 顶板冲击地压的规律
• 3.6.2 顶板冲击地压失稳理论
• 3.6.3 石膏矿石的冲击倾向性
• 3.7 本章小结
• 第4章 石膏矿采空区稳定性数值模拟
• 4.1 数值分析方法概述
• 4.2 矿山采空区分布及现状
• 4.3 石膏矿采空区稳定性数值模拟
• 4.3.1 FLAC软件
• 4.3.2 三维有限差分法FLAC-3D
• 4.3.3 采空区应力状态数值分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 石膏矿采空区危险性评价方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 危险性评价方法简述
• 5.2.1 危险评价方法
• 5.2.2 地下采空区危险评价方法
• 5.2.3 地下采空区危险评价程序
• 5.3 石膏矿采空区大面积垮塌危害研究
• 5.3.1 采空区大面积垮塌危害分类
• 5.3.2 采空区大面积垮塌事故的危害后果分析
• 5.4 地下采空区危险性分级
• 5.4.1 危险源分级方法
• 5.4.2 危险源分级标准
• 5.4.3 地下采空区危险性分级方法
• 5.5 采空区危害矿山的概念、分类及危险性分级
• 5.5.1 采空区危害矿山的概念和涵义
• 5.5.2 采空区危害矿山的分类与分级
• 5.5.3 采空区危害矿山危害程度分级
• 5.5.4 采空区危害矿山分类及其危害程度分级的意义
• 5.6 本章小结
• 第6章 厚大石膏矿体采矿与采空区处理方法的研究
• 6.1 概述
• 6.2 无底柱分段崩落采矿法简介
• 6.2.1 无底柱分段崩落采矿法工艺过程
• 6.2.2 采场布置及开采顺序
• 6.2.3 采场布置形式、参数及生产能力
• 6.2.4 改进的无底柱分段崩落法关键技术
• 6.3 石膏矿采空区处理方法
• 6.3.1 采空区处理方法
• 6.3.2 高切顶房柱崩落法
• 6.3.3 改进的无底柱分段崩落法方案
• 6.4 无底柱分段崩落法开采与处理采空区的数值模拟
• 6.4.1 有限差分计算模型
• 6.4.2 岩土体的物理力学参数与破坏判据
• 6.4.3 开挖模拟
• 6.4.4 有限差分数值计算结果分析
• 6.4.5 采空区处理的具体建议
• 6.5 本章小结
• 第7章 采空区处理安全监测系统选择
• 7.1 引言
• 7.2 监测体系分类及信息处理
• 7.2.1 主动监测体系
• 7.2.2 被动监测体系
• 7.2.3 监测信息分析与识别
• 7.2.4 相关信息反分析决策
• 7.3 地下开采巷道变形预警
• 7.3.1 巷道变形监测数据预警判据
• 7.3.2 地下开采巷道变形预测方法
• 7.3.3 地下开采巷道预警系统研究
• 7.4 采空区处理安全监测系统设计
• 7.4.1 矿山压力监测设备
• 7.4.2 监测系统选择
• 7.4.3 矿山监测系统简介
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文资料
• 在读期间参加导师的科研项目