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缓倾斜薄矿体采矿方法创新设计与采动损伤过程模拟

作　者: 郭旺
导　师: 周科平
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 缓倾斜薄矿体 TRIZ 采矿方法 RFPA 细观损伤力学 安全控制
分类号: TD853
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


缓倾斜薄矿体的开采技术受到地质条件的限制,发展较为缓慢,由于不能实现自溜,且通常认为机械化程度受到环境的限制,被认为是一种难采矿体。针对这类矿山,国内外做过多项研究来解决效率低和出矿难题,也得到了不少研究成果,但未形成一套有效的开采模式,尚不成熟。因此,加强缓倾斜薄矿体安全高效开采的研究对于提高我国薄矿体开采技术水平,建设资源节约型、环境友好型矿业具有十分重要的推动作用。以华锡集团铜坑矿锌铜矿体为研究对象,以缓倾斜薄矿体安全高效开采技术研究为研究载体,以TRIZ理论为指导,综合运用理论分析、室内实验、数值模拟等方法,对缓倾斜薄矿体开采的安全性和高效性做了深入研究。主要研究内容如下：(1)结合地质资料对矿体开采技术条件做了详细介绍说明,对前期工作做了总结,介绍了点载荷实验的相应过程和得到的相关数据,并对实验结果做了分析统计。(2)介绍了TRIZ创新理论的创新路线,通过查询TRIZ理论矛盾矩阵,总结了在设计中存在的矛盾,根据创新原理得到解决问题的措施,并最终设计出适应缓倾斜薄矿体安全高效回采的可行性方案。对创新方案从采准切割、凿岩爆破到顶板处理作了详细说明,对采场生产能力做了验算,结果表明此种方案完全能够达到设计年产100万吨的生产能力要求。(3)利用岩石真实破裂过程分析软件(RFPA)对岩体开挖过程作了数值模拟研究,得到了四种不同工况下顶板岩层损伤和整体稳定性情况。分析结论表明：单采场开挖时,在没有点柱的情况下,采场拉开30米即出现顶板失稳破坏现象,而在有规整点柱支撑下,采场整体拉开50米时顶板只需局部锚杆或者喷浆支护即可保证安全；整个矿块开挖时,在没有充填体支撑的情况下,两个采场拉开后即出现顶板冒落和点柱受压破坏现象,而当空区有充填体支撑的时候,顶板和点柱表现出比较好的稳定性。(4)分析总结了开采过程中顶板下沉与冒落的可能因素,结合锌铜矿体开采时可能出现的问题,提出了一些采矿过程中顶板控制手段和注意事项。将铜坑矿废弃的块石胶结充填系统改进后重新投入使用,对胶结充填系统和块石运输系统做了详细介绍说明。将块石和水泥砂浆通过天井同时下放,在坠落过程中和在料堆面上的滚动过程中,块石和水泥砂浆可以得到充分混合,提高充填体的强度。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 引言  11-12
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  12-14
    1.2.1 缓倾斜薄矿体开采研究现状  12-13
    1.2.2 缓倾斜薄矿体开采发展趋势及展望  13-14
    1.2.3 真实破裂过程分析(RFPA)软件发展现状  14
  1.3 主要研究内容  14-16
    1.3.1 矿脉岩体工程及开采技术条件分析  15
    1.3.2 缓倾斜薄矿体的采矿方法及其工艺的创新设计研究  15
    1.3.3 采动过程中顶板岩层损伤的数值模拟  15
    1.3.4 岩体采动影响与安全控制研究  15-16
  1.4 研究的技术路线和手段  16-17
第二章 矿山概况及岩体力学性质  17-28
  2.1 矿山概况  17-20
    2.1.1 矿区地质特征  17-18
    2.1.2 矿体基本特征  18-19
    2.1.3 矿区工程地质条件  19-20
  2.2 点载荷实验  20-27
    2.2.1 实验设备  21
    2.2.2 实验结果及分析  21-27
  2.3 小结  27-28
第三章 缓倾斜薄矿体采矿方法及其工艺的创新设计研究  28-45
  3.1 TRIZ基本理论  28-31
    3.1.1 TRIZ的起源和发展  28
    3.1.2 TRIZ理论的理论体系  28-31
    3.1.3 TRIZ理论的适用范围  31
  3.2 基于TRIZ创新理论的采矿方法概念设计  31-34
    3.2.1 问题描述  31-32
    3.2.2 定义技术矛盾  32
    3.2.3 查询矛盾矩阵  32-33
    3.2.4 发明原理的分析  33-34
  3.3 采矿方法与工艺研究  34-43
    3.3.1 采矿方法概述  34-35
    3.3.2 采矿工艺  35-40
    3.3.3 生产能力验算  40-43
  3.4 小结  43-45
第四章 采动过程中顶板岩层损伤的数值模拟研究  45-74
  4.1 前言  45-50
    4.1.1 RFPA软件概述  45
    4.1.2 岩石的细观损伤力学本构关系  45-46
    4.1.3 RFPA软件基本原理  46-50
    4.1.4 RFPA的分析过程  50
  4.2 数值模型的建立  50-57
    4.2.1 岩体力学参数的选取  51-52
    4.2.2 计算模型  52-53
    4.2.3 数值计算方案及网格模型  53-56
    4.2.4 模型边界约束条件及控制条件  56-57
  4.3 数值模拟结果及分析  57-72
    4.3.1 单采场无点柱稳定性分析  57-61
    4.3.2 单采场有点柱稳定性分析  61-63
    4.3.3 多采场无充填时稳定性分析  63-68
    4.3.4 多采场充填条件下稳定性分析  68-72
  4.4 小结  72-74
第五章 岩体采动影响与安全控制研究  74-82
  5.1 采场顶板控制研究  74-75
    5.1.1 采场顶板控制的影响因素  74
    5.1.2 采场顶板控制措施  74-75
  5.2 块石胶结充填系统研究  75-81
    5.2.1 地表充填系统在矿山充填中的问题  75-76
    5.2.2 原充填系统介绍  76-78
    5.2.3 充填系统的恢复与改进  78-80
    5.2.4 块石胶结充填的作用  80-81
  5.3 小结  81-82
第六章 结论与展望  82-85
  6.1 主要研究结论  82-83
  6.2 展望  83-85
参考文献  85-90
致谢  90-91
攻读学位期间主要的研究成果  91

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山开采 > 金属矿开采 > 地下开采
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