厚矿体分层上向开采对巷道安全影响的研究
发布时间：2021-04-19 08:38
厚矿体分层上向开采中,每一分层开采都会对围岩体应力场产生扰动与破坏,从而形成新的应力场。这种应力场的复杂叠加变化严重影响着井下巷道的安全,是制约地下矿山开采安全生产急需解决的关键技术之一。本文以首钢公司马城铁矿的地下开采为工程依托,通过对上下两个采区同时上向分层开采工况的模拟研究,系统分析多次重复开采扰动下采区围岩应力场的变化与叠加分布特征、以及井下巷道围岩的安全性,对深部矿体安全开采具有指导意义。主要内容如下:（1）基于开采设计对马城铁矿两采区上向分层开采进行了数值模拟研究,系统分析了动态开采过程中应力场演化规律、叠加属性和分布特点,通过安全影响的区划,找出安全区、危险区和破坏区,为安全防护与开采方案设计提供了依据。（2）依据危险区划的结果,对危险区进行了加固方案的优化设计,然后再进行数值模拟研究,对不满足要求的危险区域采取了重新布设巷道线路方案,以便确保井下运输安全。（3）依据博弈论-云模型理论方法,建立地下巷道的安全性评价体系,结合主观与客观两方面,从12个影响矿山开采巷道的安全性因素着手进行全面的理论分析,并为动态开采过程中巷道安全性设立了安全性等级,从而为马城铁矿的开采的安全...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：148 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
马城铁矿2号矿体与各断层立体模型
图２－２马城铁矿主矿体平面分布示意图??２．２数值分析模型设计??２．２．１数值模拟软件简介??连续介质力学分析软件ＦＬＡＣ是由美国ＩＴＡＳＣＡ公司研制开发出的，是该公??司所推出的最知名的计算软件之一。ＦＬＡＣ广泛应用于全球各个国家，在土木工??程学术界和工业界都有很高的声誉［２８］。??ＦＬＡＣ?３Ｄ是三维快速拉格朗日差分分析（Ｆａｓｔ?Ｌａｎｇｒａｎｇｉａｎ?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ??Ｃｏｎｔｉｎｕａ?３?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）的简写，它是快速拉格朗日法基于三维显示有限元差分??法的数值分析方法。软件可以计算分析处于外界荷载作用下岩土体所产生的变形、??应力、稳定性的变化情况，在计算岩土体发生破坏后的大变形和峰后特性等问题??的计算方面有其突出的优势［２９］。另外，软件能够为非线性动力计算、本构模型??的二次开发和多场耦合等方面提供专业的解决方法。ＦＬＡＣ／ＦＬＡＣ?３Ｄ广泛应用??
、，过程中忽略了结构软弱面、地下水以及温度等因素的影响。??（３）所有矿山岩层在空间中的分布以及形态都是复杂多变的，各岩层之间或??多或少存在相互交错的现象ｐ８］，准确的建立岩层空间形态及分布特征是比较困??难的。马城铁矿根据完整性以及风化程度的差异，将岩体简化成六种不同力学性??质的围岩。??（４）矿山的开采是动态变化的过程，随着时间的推进，岩体应力会随之发生??变化，进而影响所研宄内容的结果，因此在模拟过程中需要忽略时间因素在开采??过程中的影响。??由于各水平巷道数量多，本研宄拟建立整体应力场模型及巷道模型，前者所??得应力场数据结果将用于后者的模拟计算中的应力条件。应力场模型设计如图??２－６？２－９所示，模型共６８９５８０个单元，１３８８７７个节点，模型设计范围从东向西??４０３９６０００?至?４０３９９０００，长?３０００ｍ；从南向北?４３８５５００?至?４３８８２００，宽?２７００ｍ；模型高??度１７１７ｍ，模拟范围为自地上１７ｍ至地下１７００ｍ；周边采区单方向约束，模型底??部设置垂直约束，顶部不设约束，荷载仅考虑岩体的自重。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层破碎金矿上向水平分层充填法开采应用研究[J]. 张宝,刘涛,潘志鑫,王朗,李亚兵. 矿业研究与开发. 2017(11)
[2]煤矿分层开采时的矿压显现与顶板管理[J]. 杨发军. 企业科技与发展. 2017(10)
[3]急倾斜破碎矿体开采岩层移动规律研究[J]. 钟勇,林尧. 采矿技术. 2017(05)
[4]上向分层充填采矿法实际运用的综合分析[J]. 杨庆元. 世界有色金属. 2017(13)
[5]中国铁矿石消费量与对外依存度预测[J]. 胡振华,钟代立,何晓洁. 统计与决策. 2017(11)
[6]特厚煤层综放大断面回采巷道围岩变形规律[J]. 郭玉峰,武飞. 煤炭技术. 2017(04)
[7]顶板动载冲击效应的相似模拟及理论解析[J]. 杨胜利,王家臣,杨敬虎. 煤炭学报. 2017(02)
[8]深部矿井动压回采巷道围岩大变形破坏机理[J]. 袁越,王卫军,袁超,余伟健,吴海,彭文庆. 煤炭学报. 2016(12)
[9]地下洞室分期开挖应力扰动特征与规律研究[J]. 李建贺,盛谦,朱泽奇,牛利敏,卞晓曼. 岩土力学. 2017(02)
[10]“采选抽充采”集成型煤与瓦斯绿色共采技术研究[J]. 张吉雄,缪协兴,张强,张建国,闫浩. 煤炭学报. 2016(07)
博士论文
[1]固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D]. 王磊.中国矿业大学 2012
[2]矿山复杂多层采空区稳定性综合分析及安全治理研究[D]. 吴启红.中南大学 2010
[3]多层复杂采空区稳定性研究[D]. 穆满根.中国地质大学（北京） 2009
[4]复杂采空区稳定性及近区开采安全性研究[D]. 彭欣.中南大学 2008
硕士论文
[1]厚煤层分层开采巷道布置与支护研究[D]. 刘家成.中国矿业大学 2016
[2]特厚煤层上向分层充填回采巷道围岩控制技术[D]. 康涛.中国矿业大学 2015
[3]东乡铜矿深部软岩巷道加固对策研究及应用[D]. 刘祥桢.南昌大学 2012
[4]高家梁煤矿巷道加固与数值模拟研究[D]. 陈千.辽宁工程技术大学 2009
[5]综放工作面开切眼与停采线大断面巷道支护技术研究[D]. 朱昌星.山东科技大学 2004
本文编号：3147216
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：148 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
马城铁矿2号矿体与各断层立体模型
图２－２马城铁矿主矿体平面分布示意图??２．２数值分析模型设计??２．２．１数值模拟软件简介??连续介质力学分析软件ＦＬＡＣ是由美国ＩＴＡＳＣＡ公司研制开发出的，是该公??司所推出的最知名的计算软件之一。ＦＬＡＣ广泛应用于全球各个国家，在土木工??程学术界和工业界都有很高的声誉［２８］。??ＦＬＡＣ?３Ｄ是三维快速拉格朗日差分分析（Ｆａｓｔ?Ｌａｎｇｒａｎｇｉａｎ?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ??Ｃｏｎｔｉｎｕａ?３?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）的简写，它是快速拉格朗日法基于三维显示有限元差分??法的数值分析方法。软件可以计算分析处于外界荷载作用下岩土体所产生的变形、??应力、稳定性的变化情况，在计算岩土体发生破坏后的大变形和峰后特性等问题??的计算方面有其突出的优势［２９］。另外，软件能够为非线性动力计算、本构模型??的二次开发和多场耦合等方面提供专业的解决方法。ＦＬＡＣ／ＦＬＡＣ?３Ｄ广泛应用??
、，过程中忽略了结构软弱面、地下水以及温度等因素的影响。??（３）所有矿山岩层在空间中的分布以及形态都是复杂多变的，各岩层之间或??多或少存在相互交错的现象ｐ８］，准确的建立岩层空间形态及分布特征是比较困??难的。马城铁矿根据完整性以及风化程度的差异，将岩体简化成六种不同力学性??质的围岩。??（４）矿山的开采是动态变化的过程，随着时间的推进，岩体应力会随之发生??变化，进而影响所研宄内容的结果，因此在模拟过程中需要忽略时间因素在开采??过程中的影响。??由于各水平巷道数量多，本研宄拟建立整体应力场模型及巷道模型，前者所??得应力场数据结果将用于后者的模拟计算中的应力条件。应力场模型设计如图??２－６？２－９所示，模型共６８９５８０个单元，１３８８７７个节点，模型设计范围从东向西??４０３９６０００?至?４０３９９０００，长?３０００ｍ；从南向北?４３８５５００?至?４３８８２００，宽?２７００ｍ；模型高??度１７１７ｍ，模拟范围为自地上１７ｍ至地下１７００ｍ；周边采区单方向约束，模型底??部设置垂直约束，顶部不设约束，荷载仅考虑岩体的自重。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]多层破碎金矿上向水平分层充填法开采应用研究[J]. 张宝,刘涛,潘志鑫,王朗,李亚兵. 矿业研究与开发. 2017(11)
[2]煤矿分层开采时的矿压显现与顶板管理[J]. 杨发军. 企业科技与发展. 2017(10)
[3]急倾斜破碎矿体开采岩层移动规律研究[J]. 钟勇,林尧. 采矿技术. 2017(05)
[4]上向分层充填采矿法实际运用的综合分析[J]. 杨庆元. 世界有色金属. 2017(13)
[5]中国铁矿石消费量与对外依存度预测[J]. 胡振华,钟代立,何晓洁. 统计与决策. 2017(11)
[6]特厚煤层综放大断面回采巷道围岩变形规律[J]. 郭玉峰,武飞. 煤炭技术. 2017(04)
[7]顶板动载冲击效应的相似模拟及理论解析[J]. 杨胜利,王家臣,杨敬虎. 煤炭学报. 2017(02)
[8]深部矿井动压回采巷道围岩大变形破坏机理[J]. 袁越,王卫军,袁超,余伟健,吴海,彭文庆. 煤炭学报. 2016(12)
[9]地下洞室分期开挖应力扰动特征与规律研究[J]. 李建贺,盛谦,朱泽奇,牛利敏,卞晓曼. 岩土力学. 2017(02)
[10]“采选抽充采”集成型煤与瓦斯绿色共采技术研究[J]. 张吉雄,缪协兴,张强,张建国,闫浩. 煤炭学报. 2016(07)
博士论文
[1]固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D]. 王磊.中国矿业大学 2012
[2]矿山复杂多层采空区稳定性综合分析及安全治理研究[D]. 吴启红.中南大学 2010
[3]多层复杂采空区稳定性研究[D]. 穆满根.中国地质大学（北京） 2009
[4]复杂采空区稳定性及近区开采安全性研究[D]. 彭欣.中南大学 2008
硕士论文
[1]厚煤层分层开采巷道布置与支护研究[D]. 刘家成.中国矿业大学 2016
[2]特厚煤层上向分层充填回采巷道围岩控制技术[D]. 康涛.中国矿业大学 2015
[3]东乡铜矿深部软岩巷道加固对策研究及应用[D]. 刘祥桢.南昌大学 2012
[4]高家梁煤矿巷道加固与数值模拟研究[D]. 陈千.辽宁工程技术大学 2009
[5]综放工作面开切眼与停采线大断面巷道支护技术研究[D]. 朱昌星.山东科技大学 2004
本文编号：3147216
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