露天转地下开采诱发矿坑边坡失稳模型试验研究

发布时间：2017-08-10 15:00

  本文关键词：露天转地下开采诱发矿坑边坡失稳模型试验研究

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【摘要】：物理模型试验是在遵循相似原理的基础上,按照相似比尺将原型缩小后,对模型进行试验的一种试验方法。该方法能够在模型中较为真实的还原原型中所包含的复杂地质构造以及岩层组合关系,从而能够通过对模型的研究,认识原型的一些规律和现象。本文以眼前山铁矿露天转地下开采为依托,通过模型试验对露天转地下开采引起的岩层与地表移动、矿坑边坡变形破坏进行了研究和分析,其主要研究内容和成果如下:(1)对已有眼前山铁矿矿区资料分析,选择矿区典型地质断面作为模型试验研究对象。根据所选断面的工程地质特征以及现场试验条件,选取1:200的几何相似比、1:1的容重相似比为相似参数,并经相似理论计算确定了相似材料的目标物理力学参数,通过配比试验研制出物理力学参数满足要求的相似材料。该材料由水泥、石英砂、重晶石粉、铁粉以及石膏按照1:28:28:6.67:3的质量比混合,并加入总质量10%的水搅拌而成;(2)研制了一套露天转地下开采的物理模型试验系统,该系统主要包括模型箱和模拟无底柱分段崩落采矿系统两部分;将三维激光扫描技术与分布式光纤应变监测技术引入模型变形的监测,并与数值摄影测量相结合;(3)完成露天转地下开采二维物理模型试验,该试验表明:(1)露天转地下开采诱发岩层移动破坏随模拟开采的进行,其影响的程度越来越大,岩层内部逐渐产生宏观裂纹并逐步发展贯通,陡倾节理会导致岩层沿陡倾节理向采空区方向发生倾倒,并最终导致岩层整体垮塌破坏,其主要破坏模式为拉裂-倾倒式破坏;(2)露天转井下开采诱发岩层移动破坏呈现三个阶段:第一阶段受采空上方围岩应力重分布的影响,采空区围岩产生小范围微破裂和松动;第二阶段岩层拉张裂隙扩展贯通、采动裂纹和破碎带发展阶段;第三阶段岩层沿陡倾裂隙发生大规模向采空区方向的倾倒破坏;(3)露天转井下开采岩体变形破坏模式主要是自重作用下受岩层陡倾结构面控制,向采空区方向产生拉裂、破断、滑塌破坏,其破坏过程、规模与程度主要受岩层沿陡倾结构面产生的裂纹的产生、发展和贯通情况控制,岩层层面不起控制作用。
【关键词】：露天转地下开采 模型试验 三维激光扫描技术 分布式应变光纤监测
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD861.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景与研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 研究内容与技术路线13-15
• 第2章 矿区工程地质条件与地质模型概化15-21
• 2.1 矿区地质条件15-18
• 2.1.1 位置与气象15-16
• 2.1.2 地层岩性16-17
• 2.1.3 地质构造17-18
• 2.2 矿体赋存特征及井下开采概况18-19
• 2.2.1 矿体赋存特征18
• 2.2.2 井下开采概况18-19
• 2.3 地质模型概化19-21
• 第3章 相似理论及相似材料配比试验21-37
• 3.1 相似现象21
• 3.2 相似理论及相似判据21-27
• 3.2.1 相似三定理21-22
• 3.2.2 相似判据22-27
• 3.3 相似参数计算27-29
• 3.4 相似材料选择29-32
• 3.5 相似材料配比试验及结果32-36
• 3.5.1 试块制作32-33
• 3.5.2 相似材料物理力学参数测定33-35
• 3.5.3 相似材料配比试验结果35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 模型试验系统设计37-57
• 4.1 模型试验系统整体设计37-47
• 4.1.1 承重台38-39
• 4.1.2 模型箱39-43
• 4.1.3 深部开采模拟系统43-47
• 4.2 节理岩体的实现47-48
• 4.3 监测系统设计48-53
• 4.3.1 数值摄影测量48-49
• 4.3.2 分布式光纤监测技术49-50
• 4.3.3 三维激光扫描技术50-53
• 4.4 监测手段的融合53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 露天转地下开采模型试验及结果分析57-76
• 5.1 深部开采过程模拟57-58
• 5.2 露天转采诱发矿坑边坡破坏特征及变形规律58-74
• 5.2.1 基于数值摄影测量的位移分析63-68
• 5.2.2 基于光纤监测的模型内部应变分析68-72
• 5.2.3 基于三维激光扫描技术模型变形范围分析72-74
• 5.3 矿坑边坡失稳模式机理分析74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第6章 结论与展望76-78
• 6.1 结论与创新点76-77
• 6.1.1 结论76-77
• 6.1.2 创新点77
• 6.2 展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82

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本文编号：651313