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中厚急倾斜破碎矿体开采人工假顶结构研究与应用

作　者: 范文录
导　师: 李夕兵
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 急倾斜破碎矿体 人工假顶 吊筋悬吊 承载强度 配筋设计 结构稳定性
分类号: TD87
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 25次
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内容摘要


开磷集团用沙坝矿急倾斜中厚破碎磷矿体品位高且质量好,但矿体回采存在作业安全性差,生产能力难以发挥、开采成本高等问题,针对以上困难,应用“人工假顶下向高分段胶结充填采矿法”进行回采,其创新点在于预构筑高强度人工假顶防护结构并增加分段高度,使用中深孔爆破回采,确保安全高效回采。这其中,人工假顶防护结构是实现急倾斜破碎矿体安全高效回采的关键技术,直接影响着“人工假顶下向高分段胶结充填采矿法”的成功应用。考虑到地下矿岩特性、地质条件及地下矿山施工过程中的复杂与不确定性等因素,应对人工假顶结构承载强度设计及构筑方法进行探讨,并进行稳定性分析,本文就此展开深入研究,得出以下成果：(1)设计出主梁承载以及吊筋悬吊承载两种人工假顶承载方案,并从施工难易程度及矿山实际条件等方面进行分析比较,优选出吊筋悬吊承载人工假顶方案。(2)给出了人工假顶分别在充填体或冒落矿岩荷载作用下荷载计算方法,并推导出人工假顶所受最大弯矩计算公式；分析得出薄“板”力学模型适用于人工假顶失稳机理计算,且根据“软支弱板”结构可知,人工假顶设计中应重点考虑的破坏形式是弯曲拉伸破坏。(3)完成了不同分段人工假顶在自重和上部荷载作用下的强度设计、配筋设计及锚索承载力设计；推导出入工假顶造价函数,研究出不同厚度下人工假顶的合理配筋率；进行了详细的人工假顶施工设计与工艺流程设计。(4)运用ANSYS软件完成了人工假顶结构稳定性分析,得出金属网在提高人工假顶的整体强度和承载能力发挥重要作用,并且验证人工假顶设计厚度分别为0.8m与0.4m,合理配筋率对应分别为0.33%与0.325%时,人工假顶能保证稳定可靠承载。(5)通过人工假顶的现场施工,得出了人工假顶施工经验；且人工假顶成功应用于矿房回采试验中,矿山多回收矿石近3000t,创良好经济效益,人工假顶试验获得成功。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 引言  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
    1.2.1 中厚急倾斜破碎矿体开采研究现状  12
    1.2.2 人工假顶结构研究现状  12-13
  1.3 本文主要研究内容与技术路线  13-15
第二章 人工假顶方案研究  15-24
  2.1 人工假顶承载原理与设计思路  15-17
    2.1.1 人工假顶承载原理  15
    2.1.2 人工假顶设计思路  15-17
  2.2 人工假顶承载方案设计  17-18
    2.2.1 主梁承载方案  17
    2.2.2 吊筋悬吊承载方案  17-18
  2.3 人工假顶方案分析与比较  18-22
    2.3.1 主梁承载方案分析  18-19
    2.3.2 吊筋悬吊承载方案分析  19-20
    2.3.3 人工假顶方案比较与选择  20-22
  2.4 吊筋悬吊承载方案难点分析  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 人工假顶结构强度与构筑研究  24-58
  3.1 人工假顶受力分析  24-27
    3.1.1 人工假顶自重及冒落矿岩载荷分析  25-26
    3.1.2 人工假顶自重及充填体载荷分析  26-27
  3.2 人工假顶失稳机理分析  27-37
    3.2.1 简支“梁”力学模型分析  27-32
    3.2.2 薄“板”力学模型分析  32-36
    3.2.3 人工假顶软支弱板结构  36-37
  3.3 人工假顶强度设计  37-41
    3.3.1 人工假顶最大弯矩计算  37-38
    3.3.2 人工假顶最大弯矩M_(max)分析  38-40
    3.3.3 人工假顶最大压应力分析与计算  40-41
    3.3.4 混凝土强度等级确定  41
  3.4 人工假顶经济配筋率研究  41-45
    3.4.1 配筋率计算  42-43
    3.4.2 人工假顶单筋截面经济配筋率设计研究  43-45
  3.5 人工假顶厚度与配筋优化研究  45-52
    3.5.1 1080分段人工假顶厚度与配筋计算  45-47
    3.5.2 造价函数Pe关于h和δ关系曲线描述  47-49
    3.5.3 1100分段人工假顶厚度与配筋计算  49-50
    3.5.4 锚索、锚杆承载设计  50-52
  3.6 人工假顶构筑方法研究与施工设计  52-57
    3.6.1 人工假顶配筋与构筑设计  52-54
    3.6.2 人工假顶施工设计  54-57
  3.7 本章小结  57-58
第四章 人工假顶数值模拟研究  58-76
  4.1 数值模拟的目的与方法  58
  4.2 有限单元法基本计算原理  58-60
  4.3 有限单元法计算软ANSYS简介  60-63
  4.4 数值计算模型、基本参数和计算内容  63-74
    4.4.1 基本假定  63-64
    4.4.2 参数选定及建立计算模型  64-66
    4.4.3 计算结果  66-74
  4.5 数值模拟计算分析结论  74-75
    4.5.1 计算结果分析  74-75
    4.5.2 分析结论  75
  4.6 本章小结  75-76
第五章 人工假顶现场施工与应用  76-92
  5.1 现场施工条件与布置  76-77
  5.2 人工假顶现场施工  77-84
    5.2.1 巷道平场、排水及两帮浮石处理施工  77-78
    5.2.2 预留碎矿垫层和铺设隔水塑料施工  78-79
    5.2.3 锚索和锚杆施工  79-80
    5.2.4 钢筋加工与吊筋挂接施工  80-81
    5.2.5 钢筋网铺设与绑扎施工  81-83
    5.2.6 混凝土浇筑施工  83-84
  5.3 人工假顶施工总结与应用  84-88
    5.3.1 人工假顶施工工序总结  85-86
    5.3.2 人工假顶施工作业总结  86-87
    5.3.3 人工假顶应用与效果  87-88
  5.4 人工假顶施工技术经济分析  88-91
  5.5 本章小结  91-92
第六章 结论  92-94
参考文献  94-99
致谢  99-100
攻读硕士学位期间主要研究成果  100

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山开采 > 非金属矿开采
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