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露天转井工开采中边坡稳定性数值模拟研究

作　者: 王燕兵
导　师: 张飞
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 露天转井工开采边坡稳定性数值模拟
分类号: TD854.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

中国改革开放30年来，经济腾飞，对矿产资源的需求达到有史以来的高峰，大多数露天矿山在经过几十年的大规模开采后，经济效益在逐年减弱，因为随着开采的深入，剥采比在增大，剥离费用也就增加，形成的几百米的高边坡也对矿山安全构成威胁，已经与矿山经济相背离。于是露天转井工开采的采矿方法就出现了，目前国内已有露天转井工开采的先例，也取得了可喜的成绩，但还有很多问题困扰着矿山的生产，主要是露天开采后形成的高边坡对地下开采造成潜在的威胁，露天边坡的局部与大规模滑坡对地下开采顺利进行造成影响。解决露天开采过程中逐渐形成的边坡的稳定性问题与解决在地下采动影响下露天矿闭坑后形成的高边坡稳定性问题是完全不同的两个问题。所采用的方法和手段大为不同，所以解决在地下采动影响下的高边坡稳定性问题，具有非常现实的意义。本次论文以石宝铁矿露天转井工开采项目为研究样本，通过对石宝铁矿矿坑现场抽样调查，收集详细资料与数据，对岩样进行了岩石力学试验，得到了岩体力学参数。使用FLAC^3D有限差分法数值模拟分析软件，建立石宝铁矿露天转井工开采的3D矿岩模型，把岩体力学参数导入软件，通过数值模拟计算，分析石宝铁矿露天开采闭坑后，在地下开采过程中的每一步边坡的稳定状态，得到石宝铁矿露天转井工开采的每个阶段，边坡岩体的整体结构没有遭到破坏，地下开采对地上边坡整体的稳定性影响不是很大，边坡是安全稳定的。通过模拟分析，可知道每一个阶段，应该重点监测的边坡位置，为地下开采的顺利进行提供了可靠保障。通过对每一中段不同回采顺序的数值模拟研究和对比分析得到，本次研究的每一中段回采顺序采用后退式开采，通过数值模拟分析得到，随着地下开采的深入，采空区体积的不断增大，采空区围岩各方向拉应力值和压应力值都有不同程度的变化，但是都没超过岩体的极限抗拉抗压强度，虽然有应力集中现象产生，但都属于正常的力学现象,不足以产生破坏。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
引言  9-11
1 文献综述  11-23
  1.1 露天矿边坡工程技术的最新发展  11-12
    1.1.1 边坡整体化设计的特征与发展  11
    1.1.2 边坡工程可靠性分析  11-12
    1.1.3 边坡形成过程的仿真模拟  12
  1.2 露天转入地下开采矿山的特点  12-14
    1.2.1 露天转地下开采设计生产中应注意的问题和建议  12-13
    1.2.2 国内外露天转井工开采发展史及现状  13-14
    1.2.3 露天边坡和地下地压监测  14
  1.3 三维快速拉格朗日法  14-20
    1.3.1 三维快速拉格朗日分析的实用数学模型  14-19
    1.3.2 边坡稳定分析中有限差分法的应用  19-20
  1.4 论文研究程序内容与分析方法  20-23
    1.4.1 本论文研究程序与方法  20-21
    1.4.2 本论文具体研究内容  21-22
    1.4.3 本论文分析方法与手段  22
    1.4.4 本论文的创新点  22-23
2 矿区概况与地质特征及岩石力学参数选取  23-40
  2.1 矿区概况  23-32
    2.1.1 企业概况  23
    2.1.2 矿区地质  23-28
    2.1.3 水文地质  28-29
    2.1.4 矿床开拓与采矿方法  29-31
    2.1.5 矿山提升与运输  31-32
  2.2 岩体力学参数的准确确定  32-39
    2.2.1 试验设备和准备工作  32
    2.2.2 岩石的物理性质  32-33
    2.2.3 室内试验  33-34
    2.2.4 点载荷试验  34-35
    2.2.5 岩石力学参数转化为岩体力学参数  35-38
    2.2.6 岩体力学参数的建议值  38-39
  2.3 采场工程简介  39-40
3 数值分析模型的建立  40-52
  3.1 FLAC~(3D)数值模拟简介  40-42
    3.1.1 FLAC~(3D) 数值模拟技术应用领域  40
    3.1.2 本构模型  40-42
  3.2 FLAC~(3D)数值模拟技术在采矿工程领域的应用研究  42-44
    3.2.1 FLAC~(3D) 新版本数值模拟软件介绍  42-43
    3.2.2 FLAC~(3D) 数值模拟技术国内外研究现状及进展  43-44
  3.3 石宝铁矿露天转井工开采数学模型建立  44-52
    3.3.1 三维模型的建立  44-47
    3.3.2 矿体和巷道模型  47-49
    3.3.3 网格的建立  49-50
    3.3.4 边界条件和载荷的确定  50-52
4 数值模拟结果分析  52-80
  4.1 初始平衡状态数值模拟研究  52-54
  4.2 地下开拓系统完成后数值模拟研究  54-56
  4.3 开采矿体 1500 中段数值模拟研究  56-62
    4.3.1 不同回采顺序西边坡应力与位移对比分析  56-57
    4.3.2 后退式开采的采空区围岩和主平硐应力和位移分析  57-58
    4.3.3 前进式开采的采空区围岩和主平硐应力和位移分析  58-59
    4.3.4 开采矿体 1500 中段回采顺序对比分析  59-62
  4.4 开采矿体 1450 中段数值模拟研究  62-69
    4.4.1 不同回采顺序西边坡应力与位移对比分析  62-63
    4.4.2 后退式开采的采空区围岩和主平硐应力和位移分析  63-64
    4.4.3 前进式开采的采空区围岩和主平硐应力和位移分析  64-66
    4.4.4 开采矿体 1450 中段回采顺序对比分析  66-69
  4.5 开采矿体 1400 中段数值模拟研究  69-76
    4.5.1 不同回采顺序西边坡应力与位移对比分析  69-70
    4.5.2 井工开采结束后边坡稳定性系数模拟分析  70-71
    4.5.3 后退式开采采空区围岩和主平硐应力和位移分析  71-72
    4.5.4 前进式开采采空区围岩和主平硐应力和位移分析  72-73
    4.5.5 开采矿体 1400 中段回采顺序对比分析  73-76
  4.6 后退式开采矿体 1500 中段全过程数值模拟研究  76-78
  4.7 数值模拟结果的现场验证  78-79
  4.8 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-86
在学研究成果  86-87
致谢  87

露天转井工开采中边坡稳定性数值模拟研究

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