本文關(guān)鍵詞：羅河鐵礦充填開采覆巖穩(wěn)定性及地表沉降研究

  更多相關(guān)文章： 充填采礦法 地表沉降 覆巖穩(wěn)定性 數(shù)值模型 爆破振動信號分析

【摘要】：本文以“羅河鐵礦一期充填法開采地表穩(wěn)定性監(jiān)測與研究”科研項目為依托,針對地下礦床充填開采過程中引起的地表沉降和覆巖穩(wěn)定性的問題,用理論分析、試驗研究及數(shù)值模擬手段對開采充填過程中礦山的安全進(jìn)行了深入研究。研究的內(nèi)容、研究方法及取得的研究成果主要包括以下幾個部分：(1)尾砂充填體強(qiáng)度決定了尾砂充填入采場后的支撐能力,對覆巖的穩(wěn)定性有很大的影響。針對羅河鐵礦膠結(jié)尾砂充填料的特點,利用理論分析和試驗方法對尾砂充填體強(qiáng)度進(jìn)行了研究,通過對比試驗和理論的分析結(jié)果,得出充填體強(qiáng)度的影響因素及在載荷作用下的破壞過程。(2)針對礦房內(nèi)的膠結(jié)尾砂充填料,建立充填礦房內(nèi)尾砂充填料一維區(qū)域非均質(zhì)滲流解析模型,通過添加初始邊界條件,得到了該模型的解析解。在此基礎(chǔ)上,分析和研究了礦房內(nèi)尾砂充填料的滲流特點及其影響因素。(3)根據(jù)該礦山開采方法,建立了盤區(qū)頂板沉降力學(xué)模型,用Navier法解析得到了頂板沉降曲面公式。研究了不同的地基系數(shù)、采場埋深、盤區(qū)的長寬比、頂板厚度和頂板巖石彈性模量對頂板最大沉降量的影響,并分析了盤區(qū)頂板應(yīng)力的分布情況。(4)結(jié)合羅河鐵礦地質(zhì)資料和巖石力學(xué)參數(shù),利用3DEC離散元模擬軟件建立了羅河鐵礦13#地質(zhì)剖面線的數(shù)值模型。按照該礦山的開采設(shè)計,模擬了該剖面礦體的開采過程,分析了地表沉降和覆巖應(yīng)力的變化情況。并且利用物理相似模擬手段模擬了開采過程中覆巖的位移及采場頂?shù)装鍛?yīng)力的變化。在現(xiàn)場,建立了GPS監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測礦山開采引起的地表沉降。(5)介紹了傅里葉和HHT變換在分析爆破振動信號中的應(yīng)用,利用該方法分析了地表和地下避難硐室垂向的爆破振動信號,得到了爆破引起地表和避難硐室振動的特點。并且建立了地下開采爆破數(shù)值模型,利用LS-DYNA計算并分析了爆破過程中鑿巖硐室、掏槽區(qū)、巷道附近圍巖及覆巖的穩(wěn)定性,得出爆破地震波在覆巖中的傳播規(guī)律。計算和分析了單段最大藥量增加一倍的情況下,鑿巖硐室、巷道圍巖等位置處振動速度和有效應(yīng)力增加幅度。
【關(guān)鍵詞】：充填采礦法 地表沉降 覆巖穩(wěn)定性 數(shù)值模型 爆破振動信號分析
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD325
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 引言12-18
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究目的及意義12-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-15
• 1.4 羅河鐵礦水文工程地質(zhì)介紹15-16
• 1.5 研究方法及技術(shù)路線16-18
• 1.5.1 研究方法介紹16-17
• 1.5.2 技術(shù)路線簡略圖17-18
• 2 文獻(xiàn)綜述18-28
• 2.1 充填采礦技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r18-20
• 2.1.1 國外充填采礦技術(shù)的發(fā)展概述18-19
• 2.1.2 國內(nèi)充填采礦技術(shù)的發(fā)展概述19-20
• 2.2 充填體強(qiáng)度特性的研究現(xiàn)狀20-24
• 2.2.1 國內(nèi)充填體強(qiáng)度特性研究概況21-22
• 2.2.2 國外充填體強(qiáng)度特性研究概況22-24
• 2.3 爆破振動對巖體擾動作用的研究現(xiàn)狀24-25
• 2.4 地下開采覆巖沉降的研究現(xiàn)狀25-28
• 2.4.1 國外關(guān)于上覆巖層沉降的研究現(xiàn)狀25-26
• 2.4.2 國內(nèi)關(guān)于地表沉降研究的概述26
• 2.4.3 地表建筑物損壞等級26-28
• 3 尾砂充填體力學(xué)性能及滲流特性研究28-50
• 3.1 充填體的強(qiáng)度特性28-37
• 3.1.1 充填體損傷力學(xué)模型28-30
• 3.1.2 充填體強(qiáng)度特性試驗研究30-31
• 3.1.3 充填體單軸抗壓強(qiáng)度影響因素31-32
• 3.1.4 充填體應(yīng)力-應(yīng)變曲線32-34
• 3.1.5 損傷因子的影響因素34-37
• 3.2 充填體初期滲流特性研究37-49
• 3.2.1 充填料-巖石雙層滲流模型38-41
• 3.2.2 充填料巖石區(qū)域非均質(zhì)模型一維解析解41-44
• 3.2.3 影響充填料中滲流的因素研究44-48
• 3.2.4 影響巖石中滲流的因素分析48-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 4 充填采礦盤區(qū)頂板沉降機(jī)理的研究50-66
• 4.1 羅河鐵礦單個盤區(qū)物理模型描述50-51
• 4.2 固體力學(xué)模型基本方程51-54
• 4.3 彈性薄板理論54-56
• 4.4 頂板沉降力學(xué)模型求解56-58
• 4.5 影響頂板沉降的因素研究58-62
• 4.5.1 不同的地基系數(shù)對頂板沉降的影響59-60
• 4.5.2 開采深度對頂板沉降的影響60
• 4.5.3 盤區(qū)的長寬比對頂板沉降的影響60-61
• 4.5.4 盤區(qū)頂板厚度對頂板沉降的影響61-62
• 4.5.5 頂板巖石彈性模量對頂板沉降的影響62
• 4.6 應(yīng)力分析62-65
• 4.7 本章小結(jié)65-66
• 5 充填開采地表沉降及采場穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究66-89
• 5.1 礦區(qū)描述及巖土工程參數(shù)66-74
• 5.1.1 巖性及巖層厚度68-69
• 5.1.2 巖體力學(xué)參數(shù)69-71
• 5.1.3 巖層界面力學(xué)參數(shù)71-72
• 5.1.4 礦床斷層走向及力學(xué)參數(shù)72-73
• 5.1.5 地應(yīng)力測量結(jié)果73-74
• 5.1.6 充填體力學(xué)參數(shù)74
• 5.2 數(shù)值計算模型及模擬方案74-76
• 5.2.1 模型的建立74-75
• 5.2.2 邊界條件75
• 5.2.3 模擬方案及步驟75-76
• 5.3 模擬計算結(jié)果分析76-85
• 5.3.1 第1盤區(qū)開采后應(yīng)力和位移分析76-78
• 5.3.2 第1盤區(qū)充填后應(yīng)力和位移分析78-79
• 5.3.3 上層礦體開采充填后應(yīng)力和位移分析79-81
• 5.3.4 全部礦體開采充填后應(yīng)力和位移分析81-83
• 5.3.5 地表沉降分析83-85
• 5.3.6 采空區(qū)未充填的模擬結(jié)果85
• 5.4 覆巖穩(wěn)定性影響因素研究85-88
• 5.4.1 頂板最大沉降量影響因素的模擬結(jié)果86-88
• 5.4.2 數(shù)學(xué)模型計算和數(shù)值模擬結(jié)果對比分析88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 6 充填開采覆巖移動規(guī)律相似模擬試驗研究89-108
• 6.1 相似定理及相似條件89-92
• 6.2 物理相似模型92-94
• 6.2.1 相似模型及分層示意圖92
• 6.2.2 相似材料強(qiáng)度92-93
• 6.2.3 試驗?zāi)Ｐ图氨O(jiān)測示意圖93-94
• 6.2.4 試驗監(jiān)測項目94
• 6.3 試驗過程說明94-95
• 6.4 充填開采過程記錄95-96
• 6.5 覆巖沉降過程及規(guī)律96-100
• 6.5.1 上層盤區(qū)采充過程中覆巖沉降過程97-98
• 6.5.2 下層盤區(qū)采充過程中覆巖沉降過程98-99
• 6.5.3 不同開采時段地表沉降量99-100
• 6.5.4 不同開采時段盤區(qū)頂板沉降量100
• 6.6 采充過程中采場頂?shù)装鍛?yīng)力變化100-103
• 6.6.1 頂板壓力變化過程100-102
• 6.6.2 底板應(yīng)力變化過程102-103
• 6.7 羅河鐵礦地表沉降監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計103-107
• 6.7.1 地表沉降觀測技術(shù)-RTK103-104
• 6.7.2 羅河鐵礦地表沉降GPS監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計104-107
• 6.8 本章小結(jié)107-108
• 7 爆破振動作用對覆巖的穩(wěn)定性影響研究108-139
• 7.1 概述108-109
• 7.2 爆破地震波在巖石中傳播分析109-112
• 7.2.1 振動作用下巖石介質(zhì)中的平衡微分方程109-110
• 7.2.2 三維介質(zhì)中平面波傳播的微分方程110-111
• 7.2.3 微分方程的通解形式111-112
• 7.3 爆破振動監(jiān)測112-117
• 7.3.1 爆破振動監(jiān)測點選點原則112-113
• 7.3.2 爆破條件113-114
• 7.3.3 爆破振動監(jiān)測結(jié)果114-117
• 7.4 爆破振動信號分析117-125
• 7.4.1 傅里葉變換和HHT分析原理117-120
• 7.4.2 地表爆破振動信號分析120-123
• 7.4.3 地下硐室爆破振動信號分析123-125
• 7.5 爆破對覆巖穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬研究125-138
• 7.5.1 地下開采爆破數(shù)值模型126-128
• 7.5.2 爆破模擬結(jié)果分析128-135
• 7.5.3 單段最大藥量對硐室及覆巖穩(wěn)定性的影響135-138
• 7.6 本章小結(jié)138-139
• 8 結(jié)論139-142
• 8.1 主要結(jié)論139-140
• 8.2 創(chuàng)新點140-141
• 8.3 研究展望141-142
• 參考文獻(xiàn)142-154
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果154-157
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集157

【相似文獻(xiàn)】

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