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大红山铜矿主溜井围岩稳定性分析及临时支护效果研究

作　者: 迟兵
导　师: 吕力行
学　校: 昆明理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 溜井安全处理稳定分析数值仿真
分类号: TD325
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

溜井运输具有费用低、通过能力大等优点,在地下矿山被广泛应用。由于溜井承担着垂直落差较大的矿石、废石的运输任务,井壁遭受坠落石块的强烈频繁冲击,当溜井被堵塞时还要遭到爆破作用的强烈冲击作用,使溜井在远未达到服务年限之前就已严重损坏,需要对整个溜井进行翻修。损坏溜井的修复工作需要人员进入溜井内部进行作业,必须对井壁进行临时支护,因此,对溜井围岩的稳定性分析和对临时支护效果的较精准分析,是进行临时支护和后续各项施工作业的技术基础,对矿山安全生产具有十分显著的现实意义。本文以大红山铜矿主矿石溜井和主废石溜井为研究对象,主要的研究内容和结论有：1通过整理收集现场资料,充分认识溜井遭到损坏前后的现状。大红山铜矿主矿石溜井与主废石溜井成对布置,相距较近。修复前溜井在550m水平和535m水平与运输巷道多处跨塌联通通,两井筒之间的岩柱由建成时的20多米,垮塌后变到最近处仅有7米。整个溜井损坏后的形态在垂直方向上看为中间大两头小,水平方向上看垮塌朝向四周扩展,受到岩块直接冲击侧垮塌最严重,卸矿侧次之,其它方位又次之。整体来看,矿石井和废石井形态相似,局部差异的因素有围岩的岩性、地质结构和矿(废)石通过量等。2对岩体力学参数进行了进一步的确定。在溜井围岩岩石力学资料和结构面地质调查资料基础上,运用Hoek-Brown公式估算得到。3进行了侧压力系数的确定和二次应力计算的解析法与仿真法的对比分析。由大红山铜矿实测地应力数据求得侧压力系数,与通过海姆假说和金尼克假说求得的侧压力系数对比分析后认为,大红山铜矿区地应力是白重应力与构造应力共同作用的结果,且以水平应力为主,因此数值仿真时不宜采用固定位移边界的方式生成初始应力。4主溜井围岩稳定性的仿真计算。运用FLAC3D仿真软件,在围岩力学参数和地应力数据基础上,对矿石主溜井围岩稳定性进行了计算,计算结果从应力集中、塑性区等角度分析后认为,不稳定区域位于两井筒之间的岩柱和岩柱的对侧,必须对溜井井壁采取临时支护等多项安全处理措施后才具备人员进入其中进行施工的安全条件。5支护效果的仿真验证。采用经验公式对支护后的围岩参数进行了等效计算,然后仿真计算了采取临时支护等项安全处理措施之后的围岩状态,结果显示在锚喷网支护和特殊支护的共同作用下围岩得到了良好的加固。同时得到了需要重点加固区域的具体位置和尺寸大小,简要介绍了大红山铜矿主溜井进行临时支护等安全处理的施工工艺。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-12
  1.1 研究背景、目的、意义  7-8
    1.1.1 研究背景  7-8
    1.1.2 研究目的及意义  8
  1.2 溜井研究现状  8-11
  1.4 研究内容  11
  1.5 本章小结  11-12
第二章溜井的结构及破损现状  12-21
  2.1 溜井简介  12-15
    2.1.1 溜井的位置  12
    2.1.2 溜井结构  12-13
    2.1.3 溜井使用情况  13-15
  2.2 溜井断面分析  15-20
    2.2.1 断面长轴角度的变化  16-17
    2.2.2 断面长轴长度的变化  17-18
    2.2.3 矿石溜井和废石溜井的横向比较  18-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章稳定分析的研究方法及判据  21-31
  3.1 稳定分析问题研究方法  21-27
    3.1.1 理论计算法  21-25
    3.1.2 数值模拟法  25-26
    3.1.3 现场测量法  26-27
  3.2 围岩稳定性的判据  27-30
    3.2.1 岩石的强度理论  27-29
    3.2.2 W判据  29
    3.2.3 反映安全储备的安全系数  29-30
  3.3 对围岩稳定分析研究方法和稳定性判据的讨论  30-31
第四章磨损溜井稳定分析要解决的建模问题  31-35
  4.1 FLAC3D软件简介及求解问题步骤  31
  4.2 溜井稳定分析建模要解决的主要问题  31-34
    4.2.1 不规则三维体建模的解决方案  32-33
    4.2.2 模型分步开挖的解决方案  33-34
  4.3 本章小结  34-35
第五章破损主溜井围岩稳定性的数值模拟  35-66
  5.1 围岩岩体力学参数的讨论  35-47
    5.1.1 Hoek-Brown岩体强度准则及其发展完善过程  35-36
    5.1.2 Hoek-Brown岩体强度准则中的基本参数  36-43
    5.1.3 岩石力学参数折减过程  43-45
    5.1.4 岩体力学估算电子表格的制作  45-47
  5.2 关于地应力的讨论及初始应力场的生成  47-53
    5.2.1 原岩应力的理论分析  47-49
    5.2.2 原岩应力理论与仿真法的相互验证  49-50
    5.2.3 侧压力系数及初始应力场的生成  50-53
  5.3 基于简化模型的稳定性数值计算及结果讨论  53-60
    5.3.1 计算模型的适当简化与模型建立  53-56
    5.3.2 材料参数、地应力、本构模型  56
    5.3.3 计算结果分析与讨论  56-60
  5.4 基于实测断面的稳定性数值计算及结果讨论  60-65
    5.4.1 实测断面的计算模型建立  60-61
    5.4.2 计算结果的分析和讨论  61-65
  5.5 本章小结  65-66
第六章溜井安全处理  66-76
  6.1 锚喷支护的机理  66-67
  6.2 针对主溜井的围岩稳定分类法及支护建议  67-69
  6.3 支护方案的数值仿真验证  69-74
    6.3.1 支护方案  69-70
    6.3.2 支护效果的数值计算  70-74
  6.4 大红山铜矿主溜井临时支护施工工艺  74-75
  6.5 本章小结  75-76
第七章结论与展望  76-78
  7.1 结论  76
  7.2 展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
附录A (攻读硕士期间发表的文章)  83
附录B (部分FLAC3D命令流)  83-88

大红山铜矿主溜井围岩稳定性分析及临时支护效果研究

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