大汉石膏矿厚大矿体采场结构参数和稳定性研究

发布时间：2017-07-07 08:16

  本文关键词：大汉石膏矿厚大矿体采场结构参数和稳定性研究

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【摘要】：我国石膏矿产资源丰富,探明资源储量8.9×1011t,居世界第1位。石膏是制作水泥缓凝剂及建筑制品的主要原材料;同时,随石膏深加工产品应用领域的不断扩大,如新型墙体材料、新型防水材料、改性功能材料等需求量的增加,也都预示着石膏需求量的增大,表明了石膏资源开发前景广阔。在我国石膏矿山中,大部分石膏矿山采用留石膏护顶层和护底层的房柱法,少数矿山采用选别充填法和崩落法,这与石膏经济效益低是分不开的。但针对具体的矿床赋存条件,合理选择采场构成要素与地压管理方式,从而提高矿山总的回采率,增加矿山经济效益,是尤为必要的。本文依据山东省兰陵县大汉石膏矿的赋存条件,对厚大石膏矿体的采场结构参数和采场稳定性进行研究。首先,进行岩石力学室内试验,得到大汉石膏矿石膏岩石单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等基本岩石力学性能参数。其次,运用准岩体强度理论公式,根据室内试验测得的岩石力学参数,计算得到石膏岩体的力学参数。然后根据大汉石膏矿厚大矿体赋存条件,选取适合矿体开采的分层房柱法,并选取具有较高生产能力和生产效率的正台阶回采工艺。在确定采矿方法的基础上,运用工程经验公式、工程力学理论、荷载传递交汇线理论等方法数值求解并优化得到矿房跨度、顶板厚度、矿柱形式及尺寸和分层开采层间厚度等采场结构参数;同时,通过对矿柱强度、矿柱应力的计算,得出矿柱安全系数经验值和矿柱安全系数k值,均能满足矿柱的安全性要求。最后,运用FLAC3D软件对获得的采场结构参数进行数值模拟,分析了分层开采后采场稳定性、矿柱破坏后采场稳定性及采区垮塌对相邻采区的影响,验证了采场结构参数的适用性及隔离矿柱尺寸的合理性,得出分层开采房柱法是适用于厚大石膏矿体开采的方法。
【关键词】：厚大石膏矿体 矿岩力学参数 采场结构参数 采场稳定性 数值模拟
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD876.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究课题的来源和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容12
• 1.4 研究技术路线12-14
• 第二章 大汉石膏矿矿区概况14-21
• 2.1 矿区位置、范围及交通概况14
• 2.2 矿区地理、气候及经济概况14-15
• 2.3 矿区地质概况15
• 2.3.1 地层15
• 2.3.2 构造15
• 2.4 矿层地质概况15-18
• 2.4.1 矿层特征15-16
• 2.4.2 矿石结构、构造16
• 2.4.3 矿石类型及品级16-17
• 2.4.4 矿体围岩17-18
• 2.5 矿井建设情况18-19
• 2.5.1 资源概况18-19
• 2.5.2 矿井建设19
• 2.6 本章小结19-21
• 第三章 矿岩物理力学参数测定21-28
• 3.1 石膏试件单轴抗压强度测定21-22
• 3.2 石膏试件弹性模量和泊松比22-23
• 3.3 石膏试件抗剪强度测定23-24
• 3.4 石膏试件内聚力和内摩擦角24-25
• 3.5 石膏岩石物理力学参数25
• 3.6 石膏岩体物理力学参数估算25-27
• 3.7 本章小结27-28
• 第四章 采矿方法选择28-32
• 4.1 影响采矿方法选择的要素28
• 4.2 采矿方法选择28-29
• 4.3 房柱采矿法29-30
• 4.4 回采工艺30-31
• 4.5 本章小结31-32
• 第五章 矿块结构参数研究32-43
• 5.1 矿房跨度与顶板厚度32-37
• 5.1.1 矿房跨度经验公式32-33
• 5.1.2 厚跨比理论33-34
• 5.1.3 梁理论34-36
• 5.1.4 荷载传递交汇线理论36-37
• 5.2 矿房跨度和顶板厚度取值37-39
• 5.3 矿柱形式及尺寸39-42
• 5.3.1 矿柱形式选择39-41
• 5.3.2 矿柱尺寸41-42
• 5.4 分层开采层间厚度取值42
• 5.5 分层开采顺序42
• 5.6 本章小结42-43
• 第六章 矿柱稳定性分析43-52
• 6.1 岩体破坏理论基础43-47
• 6.1.1 岩体破坏概念43
• 6.1.2 岩体破坏机理43-45
• 6.1.3 岩体破坏判据45-47
• 6.2 矿柱强度计算47-48
• 6.3 矿柱承受应力计算48-49
• 6.3.1 连续矿柱承载面积48-49
• 6.3.2 连续矿柱承受的压应力49
• 6.4 矿柱安全系数49-51
• 6.5 本章小结51-52
• 第七章 采场稳定性模拟分析52-74
• 7.1 FLAC~(3D)计算方法简介52-53
• 7.2 模拟的主要内容53-54
• 7.3 计算模型54-55
• 7.3.1 计算模型示例54-55
• 7.3.2 模型参数与本构模型55
• 7.4 分层开采模拟结果分析55-61
• 7.4.1 采场岩体塑性破坏区域55-56
• 7.4.2 采场岩体垂直应力56-57
• 7.4.3 采场岩体水平应力57-58
• 7.4.4 采场岩体竖直位移58-61
• 7.5 矿柱破坏后采场稳定性模拟分析61-66
• 7.5.1 矿柱破坏后采场岩体塑性破坏区域61-62
• 7.5.2 矿柱破坏后采场岩体垂直应力62
• 7.5.3 矿柱破坏后采场岩体水平应力62-64
• 7.5.4 矿柱破坏后采场岩体竖直位移64
• 7.5.5 矿柱破坏后采场岩体水平位移64-65
• 7.5.6 矿柱破坏前后采场稳定性对比65-66
• 7.6 采区垮塌对相邻采区的影响分析66-73
• 7.6.1 相邻采区岩体塑性破坏区域66-68
• 7.6.2 相邻采区岩体垂直应力68-69
• 7.6.3 相邻采区岩体水平应力69-70
• 7.6.4 相邻采区岩体位移70-72
• 7.6.5 采区垮塌前后右部相邻采区稳定性对比72-73
• 7.7 本章小结73-74
• 第八章 总结与展望74-76
• 8.1 总结74
• 8.2 创新点74-75
• 8.3 展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80-81
• 致谢81

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本文编号：529431