本文關鍵詞：礦柱回收過程充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)控研究

  更多相關文章： 礦柱回收 充填體穩(wěn)定性 數(shù)值模擬 安全監(jiān)控

【摘要】：礦柱回收最關鍵的問題是合理控制地壓,防止大規(guī)模地壓活動發(fā)生,安全順利回收礦柱。論文對礦柱回收過程充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)測監(jiān)控進行了研究,根據(jù)礦柱回收過程中充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)測研究現(xiàn)狀,采用數(shù)值模擬對礦柱體在動力擾動下的響應特征及應力場變化規(guī)律進行了分析；根據(jù)充填體抗壓實驗的結(jié)果,建立了尾砂膠結(jié)充填體損傷模型,并分析研究了尾砂充填體破壞規(guī)律以及充填體與巖體合理匹配關系；研究構(gòu)建礦柱回收開采過程安全監(jiān)測預警綜合決策系統(tǒng)。論文以大冶鐵礦礦柱回收充填為工程實例,通過收集和研讀大量國內(nèi)外文獻資料,采用實地調(diào)查、理論和實證研究等方法,利用數(shù)值模擬方法對開采礦柱工藝方案進行比選,對大冶鐵礦充填法開采礦柱安全性進行系統(tǒng)研究,取得的主要研究結(jié)論和成果如下：1.采用數(shù)值模擬對礦柱體在動力擾動下的響應特征進行了分析研究,發(fā)現(xiàn)隨著礦柱模型負載的增大,動力擾動對礦柱模型的影響越來越明顯,模型表現(xiàn)不穩(wěn)定。說明隨著所受應力的增大,礦柱容易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。2.對充填體的力學作用機理進行了研究,由于尾砂膠結(jié)充填體為多相復合材料,其內(nèi)部包含有各種微裂紋、微孔隙、氣泡等缺陷,損傷特性明顯,因此可采用損傷力學研究充填體破壞規(guī)律。論文對不同配比的尾砂膠結(jié)充填體進行抗壓實驗,得到了尾砂膠結(jié)充填體的力學特性。根據(jù)損傷力學的研究方法,綜合現(xiàn)有的研究成果建立了尾砂膠結(jié)充填體損傷模型,分析了尾砂膠結(jié)充填體不同配比損傷規(guī)律；根據(jù)力學模型建立了不同配比充填體損傷本構(gòu)模型,用突變理論研究了尾砂充填體破壞規(guī)律并探討充填體與巖體的合理匹配關系,為礦山采空區(qū)充填體強度設計提供了理論依據(jù)。3.對礦柱回收開采監(jiān)測方法、監(jiān)測布點與監(jiān)測要求,以及地下位移監(jiān)測模型及礦柱回收開采安全監(jiān)測預警綜合決策系統(tǒng)進行了研究。論文在研究監(jiān)測方案的基礎上構(gòu)建礦柱回收開采安全監(jiān)測預警綜合決策系統(tǒng),該監(jiān)測系統(tǒng)是基于現(xiàn)場工業(yè)控制總線技術構(gòu)成的數(shù)字通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)。地面監(jiān)測中心站通過有線通訊網(wǎng)絡向井下工作面多道采集分站發(fā)送相關指令,井下各多道采集分站對接收到的指令進行解析、確認通信模塊控制經(jīng)由通信網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳,完成井下多道采集分站與中心站的數(shù)據(jù)信息交換。地面監(jiān)測中心站接收的實時數(shù)據(jù)經(jīng)處理后在系統(tǒng)計算機屏幕上實時顯示、制表及存儲�？蛻舳私邮盏綌�(shù)據(jù)進行適時曲線和數(shù)據(jù)顯示,并把數(shù)據(jù)導入預警模式,如果出現(xiàn)險情則通過聲音、圖像、文字等多種形式報警。此研究成果可以實現(xiàn)礦柱回收過程地壓安全信息評估及災害預警預報。4.以大冶鐵礦礦柱回收充填為工程實例,對回采過程中礦體、圍巖及充填體的變形特征、應力特征以及受力狀態(tài)進行數(shù)值模擬分析比較。位移場分析表明,回采過程中礦柱及圍巖變形量較小,但回采頂板時變形量相對較大。應力場分析表明,充填體有效改善了采空區(qū)的應力條件,很大程度上降低了應力集中程度,使得礦體與圍巖的應力環(huán)境得到了顯著改善。塑性區(qū)分析表明,充填體對回采過程中圍巖、頂板的支護效果十分明顯。說明充填體充分發(fā)揮了支撐作用,可以避免出現(xiàn)明顯的應力集中現(xiàn)象,以保證回采過程中采空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性。總之,論文對礦柱回收過程充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)控進行了研究,無論是對彌補我國目前礦柱回收及圍巖穩(wěn)定性安全監(jiān)控理論研究的缺陷,還是對充填體與圍巖應力匹配性研究及礦柱回收充填體強度設計方面,都具有十分重要的理論意義和實踐意義。本文研究的主要創(chuàng)新點如下：1.根據(jù)尾砂膠結(jié)充填體力學實驗的結(jié)果和損傷力學的研究方法,建立了尾砂膠結(jié)充填體損傷模型,用突變理論研究了尾砂充填體破壞規(guī)律并探討充填體與巖體合理匹配關系,為充填體強度設計提供了理論依據(jù)。2.開發(fā)了一套完整的礦柱回收開采過程中采場地壓、地表沉降及變形、地表巖移、地下位移監(jiān)測安全監(jiān)測預警綜合決策系統(tǒng),該系統(tǒng)可以明確地壓監(jiān)測的重點部位,實現(xiàn)礦柱回收過程中地壓安全信息評估及災害預警預報。3.應用數(shù)值模擬方法對回采過程中礦體、圍巖及充填體的變形特征、應力特征以及受力狀態(tài)進行計算分析比較。結(jié)果表明,充填體有效改善了采空區(qū)的應力條件,降低了應力集中程度,對圍巖、頂板的支護效果十分明顯,可以保證回采過程中采空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性。研究結(jié)果對礦柱的安全回收具有實際指導作用。
【關鍵詞】：礦柱回收 充填體穩(wěn)定性 數(shù)值模擬 安全監(jiān)控
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD853.34
【目錄】：

• 作者簡歷7-9
• 摘要9-11
• ABSTRACT11-17
• 第一章 緒論17-30
• 1.1 引言17-18
• 1.2 研究現(xiàn)狀18-26
• 1.2.1 國內(nèi)外礦山礦柱回采現(xiàn)狀18-21
• 1.2.2 巖體壓力理論發(fā)展歷程21-22
• 1.2.3 地壓控制研究22-24
• 1.2.4 礦柱穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀24-25
• 1.2.5 礦柱監(jiān)測研究現(xiàn)狀25-26
• 1.3 國內(nèi)外的發(fā)展趨勢及存在的主要問題26-28
• 1.3.1 國內(nèi)外的發(fā)展趨勢26-27
• 1.3.2 存在的主要問題27-28
• 1.4 主要研究內(nèi)容28-30
• 第二章 礦柱回收開采力學狀態(tài)及穩(wěn)定性分析30-49
• 2.1 礦柱失穩(wěn)破壞機理30-31
• 2.2 數(shù)值分析的礦柱體條件31-35
• 2.2.1 礦柱體概況31-34
• 2.2.2 礦柱體充填開采工藝34-35
• 2.3 數(shù)值分析方案設計35-38
• 2.3.1 數(shù)值分析模型35-37
• 2.3.2 計算方案37-38
• 2.4 數(shù)值分析結(jié)果論述38-47
• 2.4.1 礦柱體靜力分析38-40
• 2.4.2 礦柱動力分析40-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 第三章 充填體和圍巖應力匹配性分析49-70
• 3.1 充填體與圍巖力學作用機理49-52
• 3.1.1 充填法的分類49-50
• 3.1.2 尾砂膠結(jié)充填體與圍巖力學作用機理50-52
• 3.2 尾砂膠結(jié)充填體力學實驗52-57
• 3.2.1 尾砂物理特性53-54
• 3.2.2 尾砂膠結(jié)充填體力學特性54-57
• 3.3 尾砂膠結(jié)充填體損傷及其模型分析57-62
• 3.3.1 充填體損傷力學理論概述57-59
• 3.3.2 充填體損傷模型分析59-62
• 3.4 尾砂膠結(jié)充填體損傷模型建立62-64
• 3.5 尾砂膠結(jié)充填體損傷規(guī)律分析64-66
• 3.5.1 不同配比充填體損傷規(guī)律64-65
• 3.5.2 充填體變形能量分析65-66
• 3.6 尾砂充填體和采空區(qū)巖體匹配分析66-69
• 3.6.1 充填體與巖體力學分析模型66
• 3.6.2 充填體破壞災變分析66-68
• 3.6.3 充填體和采空區(qū)巖體匹配性分析68-69
• 3.7 本章小結(jié)69-70
• 第四章 礦柱回收開采安全監(jiān)測監(jiān)控研究70-92
• 4.1 安全監(jiān)測方案70-76
• 4.1.1 監(jiān)測方法簡述70-73
• 4.1.2 監(jiān)控布點與監(jiān)測要求73-75
• 4.1.3 監(jiān)測方案分析75-76
• 4.2 采場地壓安全監(jiān)測76-79
• 4.3 采場與地表沉降及變形監(jiān)測79-83
• 4.3.1 采場巖體應力及位移監(jiān)測79-80
• 4.3.2 地表巖移監(jiān)測80-81
• 4.3.3 地下位移監(jiān)測81-83
• 4.4 礦柱回收開采安全監(jiān)測預警綜合決策系統(tǒng)設計83-91
• 4.4.1 監(jiān)測預警決策系統(tǒng)組成83-84
• 4.4.2 礦柱開采監(jiān)測監(jiān)控體系設計84-89
• 4.4.3 礦柱開采監(jiān)測預警軟件系統(tǒng)設計89-91
• 4.5 本章小節(jié)91-92
• 第五章 工程應用實例-大冶鐵礦礦柱回采充填開采數(shù)值分析92-123
• 5.1 工程概況92-99
• 5.1.1 地理位置與交通92
• 5.1.2 礦區(qū)地質(zhì)概況92-94
• 5.1.3 鐵門坎采區(qū)開采現(xiàn)狀與殘留礦柱統(tǒng)計94-98
• 5.1.4 礦柱充填回收關鍵技術98-99
• 5.2 回收開采礦柱工藝比選分析計算99-110
• 5.2.1 頂?shù)字夭煞桨概c工藝99
• 5.2.2 點柱回采方案與工藝99-110
• 5.3 充填法開采礦柱安全性驗證110-121
• 5.3.1 區(qū)段開采順序的確定110-111
• 5.3.2 數(shù)值模擬模型及參數(shù)111-113
• 5.3.3 計算結(jié)果分析113-121
• 5.4 本章小結(jié)121-123
• 第六章 結(jié)論與展望123-126
• 6.1 結(jié)論123-125
• 6.2 展望125-126
• 致謝126-127
• 參考文獻127-134

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1 鄧代強,姚中亮,唐紹輝,楊耀亮;充填體單軸壓縮韌性性能試驗研究[J];礦業(yè)研究與開發(fā);2005年05期

2 許文遠;楊小聰;郭利杰;;充填體不均勻性相似模擬實驗研究[J];金屬礦山;2011年05期

3 G.D.Aitchison;M.Kurzeme;D.R.Willoughby;;礦山充填體的地質(zhì)力學因素 第一部分:充填體設計的合理方法[J];有色礦山;1976年Z1期

4 ;礦山充填體的地質(zhì)力學因素 第二部分:充填體反應機理的研究[J];有色礦山;1976年Z1期

5 薛奕忠;安慶銅礦高階段礦房充填體穩(wěn)定性的探討[J];有色礦山;1998年05期

6 胡華,崔明義;高水材料硬化體特性及其充填體力學作用機理分析[J];礦業(yè)研究與開發(fā);2001年05期

7 王正輝;充填體的質(zhì)量與控制[J];采礦技術;2001年03期

8 劉志祥,李夕兵;爆破動載下高階段充填體穩(wěn)定性研究[J];礦冶工程;2004年03期

9 羅建祥;影響膠結(jié)充填體強度的因素分析[J];甘肅冶金;2005年02期

10 胡飛宇;;安慶銅礦特大型采場充填體穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究[J];有色金屬(礦山部分);2006年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 劉鵬博;樊忠華;明世祥;;充填體支撐礦柱的作用機理研究[A];2011年中國礦業(yè)科技大會論文集[C];2011年

2 貝建剛;;采場充填體穩(wěn)定性理論分析與改進措施[A];晉瓊粵川魯冀遼七省金屬（冶金）學會第二十一屆礦業(yè)學術交流會論文集[C];2014年

3 孫恒虎;劉文永;楊寶貴;劉華生;;高水固結(jié)充填技術的應用研究與進展[A];第六屆全國采礦學術會議論文集[C];1999年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 范建峰;二礦區(qū)“一線工作法”提升工作效率[N];金昌日報;2008年

2 李建東;解決井下充填水分流難題[N];金昌日報;2008年

3 李興文;江銅東同礦業(yè)實現(xiàn)采充平衡[N];中國礦業(yè)報;2006年

4 記者 劉澤民　通訊員 盛佳;長沙礦山院兩項目達國際先進水平[N];中國有色金屬報;2014年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 張強;固體充填體與液壓支架協(xié)同控頂機理研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

2 李貞芳;中關鐵礦大水下充填開采充填體圍巖匹配及沉降控制[D];中國礦業(yè)大學(北京);2016年

3 龐奇志;礦柱回收過程充填體與圍巖穩(wěn)定性及安全監(jiān)控研究[D];中國地質(zhì)大學;2016年

4 韓斌;金川二礦區(qū)充填體可靠度分析與1#礦體回采地壓控制優(yōu)化研究[D];中南大學;2004年

5 姚振鞏;礦山充填體作用機理與鋁基復合充填膠凝材料研究[D];中南大學;2010年

6 劉志祥;深部開采高階段尾砂充填體力學與非線性優(yōu)化設計[D];中南大學;2005年

7 吳銳;綜放巷內(nèi)預充填無煤柱掘巷圍巖結(jié)構(gòu)演化規(guī)律與控制技術[D];中國礦業(yè)大學;2014年

8 江文武;金川二礦區(qū)深部礦體開采效應的研究[D];中南大學;2009年

9 朱和玲;松軟破碎型復雜礦體開采技術優(yōu)化與過程控制研究[D];中南大學;2014年

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1 王丹;東同V號礦體充填體下階段礦柱穩(wěn)定性分析[D];江西理工大學;2015年

2 陳榮軍;復雜條件下某礦體雙中段回采開采效應研究[D];江西理工大學;2015年

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5 趙龍;漿體膨脹材料充填體的流變性能研究[D];山東理工大學;2015年

6 馮超;柔模流體充填留巷圍巖穩(wěn)定性研究[D];西安科技大學;2015年

7 賀發(fā)遠;金川二礦區(qū)充填體質(zhì)量與成本控制的研究[D];昆明理工大學;2005年

8 周士霖;深部開采充填體穩(wěn)定性及與巖體智能匹配研究[D];中南大學;2012年

9 吳祥輝;膠結(jié)充填體強度模型與應用研究[D];昆明理工大學;2013年

10 李洋;煤礦充填離析規(guī)律與充填體合理強度設計[D];青島理工大學;2014年

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本文編號：1058859