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基于数值模拟的大红山铁矿采场结构参数优化

作　者: 张辉
导　师: 宦秉炼
学　校: 昆明理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 数值模拟点柱上向水平分层充填采矿法让压采场结构参数
分类号: TD853.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

大红山铁矿Ⅰ号铜矿带初步开采设计早在2008年12月就已经完成,但随着基建探矿的进行发现矿体层数变多,且厚薄不均,存在局部矿体厚度比较大的情况。大红山铁矿根据矿体的变化情况,综合考虑资源利用率,同时兼顾矿体上部露天开采的安全性,对Ⅰ号铜矿带所采用的采矿方法进行了调整,将原设计的空场法(分段空场法、房柱法和全面法)嗣后充填变更为点柱式上向水平分层充填采矿法。在参考了三山岛金矿应用点柱式上向水平分层充填采矿法的成功经验以后,大红山铁矿初步确定了此采矿方法的采场结构参数,随着矿房回采作业的逐步展开,发现所使用的采场结构参数在局部岩体节理裂隙发育的情况下无法保证回采安全,随后本文作者导师接受了大红山铁矿Ⅰ号铜矿带点柱式上向水平分层充填采矿法的结构参数优化项目。数值模拟技术近年来随着计算机科学的飞速发展也突飞猛进,在解决复杂岩体力学问题时起到十分重要的作用。是目前在研究采场稳定性问题时的众多研究方法中采用最多的方法之一。FLAC-3D是在原来二维有限差分程序的基础上发展出来的三维有限差分程序,目前已广泛应用于岩土工程、采矿工程、隧道工程、道路与铁道工程等领域的科学研究之中。本文以导师在大红山铁矿开展的点柱式上向水平分层充填法采场结构参数优化项目为依托,利用FLAC-3D软件对不同采场结构参数情况进行模拟和分析,在结合大红山铁矿Ⅰ号铜矿带开采技术条件的基础上,提出了六种模拟方案,每种方案采用不同的点柱尺寸,每种方案中按点柱间距不同又各分为三种情况进行数值模拟计算,最后对计算结果进行对比分析,以得出较为合理的结构参数。在此基础之上,又针对隔一采一的回采顺序下采场接顶充填与否对相邻盘区的影响进行模拟,从而对充填采矿方法接顶充填的重要性进行分析。另外针对导师在对采场结构参数优化过程中提出的点柱让压支护措施,在选出的最佳方案的基础上,利用模拟软件进行模拟分析,通过对模拟计算结果的对比分析,对点柱让压支护措施的实用性和有效性进行验证和评价。之后采用极限平衡法对数值模拟结果做进一步的分析,验证数值模拟得出的结果的合理性。最后结合大红山铁矿工号铜矿带的开采实际,对本论文得出的结果进行评价。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题的提出及研究意义  8-9
  1.2 国内外废石充填研究现状  9
  1.3 充填法在有色金属矿中的应用现状  9-11
  1.4 研究内容和方法  11-13
第二章大红山铁矿开采现状及评价  13-19
  2.1 矿山地质概况  13
  2.2 开采技术条件  13-15
    2.2.1 水文地质条件  13-14
    2.2.2 工程地质条件  14
    2.2.3 环境地质条件  14-15
  2.3 现采用的采矿方法及结构参数  15-17
    2.3.1 采场构成要素及采切工程  15-16
    2.3.2 回采工艺  16
    2.3.3 充填工艺  16-17
  2.4 现用采矿方法适用性分析  17-19
第三章采场稳定性的数值模拟研究  19-28
  3.1 FLAC-3D程序介绍  19-20
  3.2 本构模型与力学参数  20-21
    3.2.1 本构模型  20-21
    3.2.2 力学参数的选取  21
  3.3 模型的建立  21-24
  3.4 边界条件及初始应力  24-25
  3.5 模拟方案  25-26
  3.6 基本假设和说明  26-28
第四章计算结果及分析  28-54
  4.1 各方案结果  28-45
    4.1.1 方案一点柱尺寸3米×4米的计算结果  28-39
    4.1.2 方案二点柱尺寸4米×4米的计算结果  39-42
    4.1.3 剩余四种方案结果  42-45
  4.2 六种方案对比  45-47
  4.3 接顶充填与不接顶充填对比  47
  4.4 点柱让压支护数值模拟  47-54
第五章基于极限平衡法的点柱稳定性分析  54-58
  5.1 岩石的变形破坏过程  54-55
  5.2 点柱失稳形式及影响因素  55-56
  5.3 基于极限平衡法的点柱稳定性分析  56-58
第六章工业实验及结论  58-61
  6.1 工业实验  58
  6.2 结论  58-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录  65-67

基于数值模拟的大红山铁矿采场结构参数优化

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