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新桥矿深部岩体力学性质分析及稳定性综合分级研究

作　者: 潘常甲
导　师: 王新民；王泽群
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 开采技术条件岩石力学参数岩石分级数值模拟模糊综合评判
分类号: TD313
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铜陵化工集团新桥矿业有限公司(以下简称新桥矿)是一个以铜硫为主的大型露天地下联合开采矿山。矿山当前主要生产中段已转至-270m水平和-300m水平,主要采用两步回采的上向水平分层充填采矿法。随着开采深度的增加,地压活动将更加频繁,而且由于上部-180m～-230m中段未留永久性连续盘区矿柱,15～20万m2的采空区全部采用充填质量较差(强度低、整体性差、空顶率高)的江砂胶结充填(一步充填)和非胶结充填(二步充填),致使深部开采技术条件恶化,回采过程中,尤其是第二步矿房回采过程中,经常出现片帮、局部冒顶等安全事故。为保证-270m水平回采安全,同时为深部接替工程(-300m水平以下)开采设计提供依据,必须对深部岩石力学性质进行全面的调查、分析、测定与研究,得到安全可靠的岩体稳定性分级标准,有针对性地进行安全生产和管理。本文通过对新桥矿深部-270m中段进行详细地质调查,包括深部(-270m水平)采场布置、开挖工程、地质状况(顶底板岩性、稳定性、RQD指标)、工程破坏(断层、节理、裂隙)、水文地质等开采技术条件调查,了解了深部开采的技术条件。在对调查结果进行统计分析的基础上,现场取样进行了室内岩石力学参数测定,测定了主要矿岩物理力学性质(抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内摩擦角、粘结力、泊松比等),并通过Hoek-Brown(1980)节理化岩体的破坏准则等折减方法将岩石力学折减为工程岩体力学参数。利用Q系统、RMR分类和BQ分类三大岩体稳定性分类方法将深部岩体按稳定性进行了初步分类,并结合矿岩稳定性数值模拟分析研究结果,通过模糊综合评判方法完成了新桥矿深部-270m中段矿岩体稳定性的综合分类。分类结果经过矿山实际生产验证,基本符合新桥矿深部-270m中段岩体回采稳定情况,并已成功应用指导生产实践,为矿山即将开展的深部岩体地压显现规律及控制研究项目提供参考数据。因此,本研究对于新桥矿实现持续、安全、快速发展具有重要的现实意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章概述  9-16
  1.1 研究背景  9
  1.2 国内外研究现状  9-14
  1.3 研究思路及内容  14-15
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 研究思路及路线  14-15
  1.4 预期目标  15-16
第二章深部开采技术条件  16-32
  2.1 矿区基本概况  16-18
    2.1.1 企业地理位置、交通及区域经济  16-17
    2.1.2 地形地貌  17
    2.1.3 气象、水文  17-18
  2.2 矿区地质概况  18-24
    2.2.1 地层  18-23
    2.2.2 岩浆岩  23
    2.2.3 构造  23-24
  2.3 工程地质条件  24-27
    2.3.1 岩体  24-26
    2.3.2 土体  26
    2.3.3 矿体特征  26-27
  2.4 水文地质条件  27-31
    2.4.1 地下水类型及含水岩组  27-29
    2.4.2 断层破碎带水文地质特征  29
    2.4.3 含水层之间的水力联系  29-30
    2.4.4 地下水动力场及动态特征  30
    2.4.5 地下水补给、径流、排泄条件  30-31
    2.4.6 矿床水文地质特征  31
  2.5 小结  31-32
第三章 -270中段采场及岩体结构现场调查  32-40
  3.1 地下开采方法现状  32-34
  3.2 地下开采范围及采场划分  34
  3.3 各采场回采及充填现状  34-37
    3.3.1 各采场回采充填状况  34-37
    3.3.2 充填未接顶状况  37
  3.4 岩体结构现场调查  37-39
    3.4.1 岩体结构调查工作计划  37-38
    3.4.2 现场岩体结构调查  38-39
  3.5 小结  39-40
第四章岩石力学试验研究  40-56
  4.1 样品采集  40
  4.2 样品加工  40-41
  4.3 单轴抗压强度试验  41-46
  4.4 抗拉强度试验(劈裂法)  46-51
  4.5 单轴压缩变形试验  51-55
  4.6 小结  55-56
第五章岩体稳定性初步分级研究  56-71
  5.1 岩体分级指标体系  56-67
    5.1.1 Q系统分级指标体系  56-61
    5.1.2 RMR分类指标体系  61-63
    5.1.3 国标BQ分级指标体系  63-67
  5.2 -270中段岩体稳定性初步分级  67-70
    5.2.1 调查点稳定性初步分级结果  67-69
    5.2.2 稳定性初步分级结果分析  69-70
  5.3 小结  70-71
第六章矿岩稳定性数值分析研究  71-91
  6.1 岩体失稳模式  71-72
  6.2 岩体工程力学参数折算  72-80
    6.2.1 几种岩体工程力学参数折算方法  73-79
    6.2.2 新桥矿岩体力学参数折算  79-80
  6.3 岩体稳定性数值分析研究  80-90
    6.3.1 ANSYS软件简介  81-82
    6.3.2 计算模型的建立  82-83
    6.3.3 数值分析结果  83-90
  6.4 小结  90-91
第七章岩体模糊综合评判分类研究  91-97
  7.1 模糊综合评判的数学原理  91-92
  7.2 岩体稳定性分类的综合评判  92-96
    7.2.1 确定着眼因素集和决策评语集  92
    7.2.2 构造评价矩阵  92-95
    7.2.3 岩体安全性综合分类  95-96
  7.3 小结  96-97
第八章结论与展望  97-99
  8.1 结论  97-98
  8.2 展望  98-99
参考文献  99-104
致谢  104-105
攻读硕士学位期间的主要研究成果  105

新桥矿深部岩体力学性质分析及稳定性综合分级研究

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