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地下金属矿山上行开采技术与围岩移动变形规律研究

作　者: 郭子源
导　师: 赵国彦
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 上行开采急倾斜矿体采矿方法开拓系统数值模拟
分类号: TD853
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前,我国大多数地下金属矿山采用下行开采顺序,由于下行开采过程中,上部岩体首先发生破坏,且其破坏范围会随着生产阶段的下移而变得越来越大,容易产生应力集中而使采场顶板地压增大,使对采场稳定性的控制变得极为困难；矿山必须征用大面积土地修建废石场和尾矿库,造成大量农田被占用,环境被破坏；且需留大量顶底柱,资源回收率低。鉴于此,提出上行阶段开采顺序,本文以某地下铜矿急倾斜厚大矿体为研究背景,主要展开了以下几方面的试验与研究工作：(1)通过对国内外地下金属矿山及煤矿的上行开采研究,确定主要从上行开采采矿方案、上行开采系统及上行开采安全性三个方面对上行阶段开采顺序进行研究。(2)对矿山现场进行地质调查、室内试验,并针对矿体的开采技术条件,提出了适合该类矿体的4种上行开采采矿方案,详细介绍各采矿方案的方案特点、采准切割和回采工艺。(3)根据采用的主要采矿方案及矿体条件,提出了3种开拓方案,并通过基建总投资和年经营费优选出最优开拓方案。在此基础上,从经济技术指标方面,得到上行开采与下行开采开拓系统总投资是相同的,上行开采在基建投资较下行开采主要多在风井的基建上。(4)在开拓系统确定的基础之上,对上行开采的通风系统进行设计,并比较了矿山回采后期上行开采与下行开采的通风阻力,可知上行开采通风阻力更小,通风效果好；计算了上行开采矿井涌水量,进行了排水系统设计,且对上行开采和下行开采排水效果进行比较。(5)基于Fayol的成拱理论,结合材料力学,对下行开采及上行开采顶板变形破坏力学机理进行研究。运用FLAC3D软件,对上行开采和下行开采阶段内回采进行数值模拟,对矿房顶板、矿柱及充填体的应力分布、位移分布进行分析,得到其随各开挖步骤变化的规律；对上行开采和下行开采阶段开采顺序进行模拟,对比分析开挖后顶板与围岩的应力分布、位移分布,得到两种开采顺序应力、位移与回采步骤之间的关系。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究目的及意义  10-12
    1.2.0 研究目的  10
    1.2.1 研究意义  10-12
  1.3 国内外上行开采研究现状  12-16
    1.3.1 国外上行开采研究现状  12-15
    1.3.2 国内上行开采研究现状  15-16
  1.4 研究内容与方法  16-18
2 金属矿上行开采采矿方法研究  18-37
  2.1 前言  18
  2.2 矿山地质及开采技术条件  18-19
    2.2.1 矿山地质  18
    2.2.2 矿体开采技术条件  18-19
  2.3 采矿方法选择原则与思路  19-20
  2.4 上行开采采矿方法设计与研究  20-36
    2.4.1 同在原岩中布置出矿底部结构的房柱式中深孔充填采矿法  21-25
    2.4.2 垂直深孔嗣后充填无间柱连续采矿法  25-29
    2.4.3 无间柱阶梯式连续回采分层充填采矿法  29-32
    2.4.4 房柱式垂直深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法  32-36
  2.5 本章小结  36-37
3 金属矿上行开采主要系统设计与研究  37-56
  3.1 前言  37
  3.2 上行开采开拓方案设计  37-49
    3.2.1 箕斗主井+罐笼副井+采区斜坡道开拓系统  37-42
    3.2.2 罐笼主井+罐笼副井+采区斜坡道开拓系统  42
    3.2.3 箕斗主井+斜坡道+专用进风井开拓系统  42-44
    3.2.4 开拓方案比选  44-48
    3.2.5 上行开采与下行开采开拓方案比较  48-49
  3.3 上行开采通风系统设计  49-54
    3.3.1 通风方式  49
    3.3.2 通风系统  49-50
    3.3.3 风量计算  50-51
    3.3.4 上行开采与下行开采矿井通风阻力比较  51-54
  3.4 井下排水  54-55
    3.4.1 矿井涌水量  54
    3.4.2 排水系统  54
    3.4.3 上行开采与下行开采排水效果比较  54-55
  3.5 本章小结  55-56
4 金属矿床上行开采力学机理及数值模拟研究  56-90
  4.1 地下矿床开采力学机理研究  56-59
    4.1.1 下行开采顶板变形破坏力学机理研究  56-58
    4.1.2 上行开采顶板变形破坏力学机理研究  58-59
  4.2 数值模拟基础  59-60
    4.2.1 模拟矿岩参数的选取  59-60
    4.2.2 模拟方案的确定  60
  4.3 不同回采顺序阶段内回采模拟及结果分析  60-78
    4.3.1 模型的建立及初始平衡  60-62
    4.3.2 开采过程应力分布及规律分析  62-68
    4.3.3 开采过程位移分布及规律分析  68-78
  4.4 阶段开采顺序模拟及结果分析  78-88
    4.4.1 模型建立及初始平衡  78-80
    4.4.2 应力分布及规律分析  80-84
    4.4.3 位移分布及规律分析  84-88
  4.6 本章小结  88-90
5 全文总结与展望  90-93
  5.1 全文总结  90-92
  5.2 展望  92-93
参考文献  93-97
致谢  97-99
攻读硕士学位期间发表的论文及成果  99

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