【摘要】：石膏作為重要的非金屬礦產(chǎn)資源,在經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮重要作用。隨著石膏礦地下開采范圍的持續(xù)擴大,采場附近不良地質(zhì)構(gòu)造被激活,對采區(qū)穩(wěn)定性產(chǎn)生重大威脅,在極端情況下,可能導致采空區(qū)失穩(wěn),造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。斷層作為不良地質(zhì)構(gòu)造的典型代表,對于其影響下石膏礦采區(qū)失穩(wěn)機理研究依舊不足,因此開展對斷層影響下石膏礦采區(qū)失穩(wěn)規(guī)律的研究有積極意義。依托湖北省自然科學基金(2011CDB433)《采空區(qū)危害型石膏礦礦山采動損害機理及控制研究》項目,采取理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)實驗及案例調(diào)研相結(jié)合的方法,構(gòu)建黏滑-Kelvin脆性體模型,探究石膏礦斷層破壞模式和采區(qū)失穩(wěn)模式,對斷層影響下石膏礦采區(qū)失穩(wěn)機理以及地表沉陷模式進行分析研究。論文主要研究成果包含以下幾個方面:(1)基于關(guān)鍵層和薄板理論,構(gòu)建斷層影響下石膏礦開采引起地表沉陷盆地模型,得到地表沉陷最大下沉量、垂直方向上的形態(tài)參數(shù)、斷層影響下地表沉陷中心點偏移量的計算公式。(2)通過數(shù)值模擬不同工作面推進距離石膏采區(qū),得到石膏采區(qū)位移、塑性區(qū)擴展及地表沉陷規(guī)律,對上述規(guī)律進行分析研究,初步得到斷層影響下石膏礦采區(qū)失穩(wěn)機理,即遠離斷層的頂板端部首先產(chǎn)生拉伸破壞,而后傳遞至礦房中部,引起頂板冒落,最終傳導至地表,采區(qū)上方地表出現(xiàn)沉陷。同時也對不同斷層傾角的石膏采區(qū)進行模擬研究,得到采區(qū)附近應力場、位移場變化特征。(3)采用理論計算與FLAC3D數(shù)值模擬相結(jié)合方法對橫店石膏礦地下采區(qū)失穩(wěn)塌陷事故進行數(shù)值分析。通過頂板應力計算、礦房極限跨度和礦柱安全系數(shù)驗算,查明斷層破壞是導致采區(qū)失穩(wěn)主要原因。構(gòu)建多工況數(shù)值計算模型,對比分析斷層、頂板、礦柱的應力和位移變化規(guī)律,揭示斷層影響下斷層、頂板、礦柱的破壞過程和破壞模式。從石膏礦采區(qū)失穩(wěn)災害形成及演化出發(fā),對斷層—采區(qū)破壞模型進行深入研究,初步建立斷層影響下橫店石膏礦開采引起地表沉陷盆地模型。研究成果能夠為橫店石膏礦采區(qū)失穩(wěn)控制提供理論依據(jù),也為斷層影響下地下石膏礦的采區(qū)失穩(wěn)機理的研究提供新的思路。
[Abstract]:As an important non-metallic mineral resource, gypsum plays an important role in economic construction. With the continuous expansion of underground mining area of gypsum mine, the bad geological structure near the stope is activated, which poses a serious threat to the stability of the mining area. In extreme cases, it may lead to the instability of the goaf, resulting in heavy casualties and property losses. As a typical representative of poor geological structure, fault is still insufficient in the study of instability mechanism of gypsum mining area under its influence, so it is of positive significance to study the instability law of gypsum mining area under the influence of fault. Based on the project of Natural Science Foundation of Hubei Province (2011CDB433), "study on Mining damage Mechanism and Control of Hazardous Gypsum Mine in goaf", the method of combining theoretical analysis, numerical simulation, laboratory experiment and case study is adopted. In this paper, a viscosize-Kelvin brittle body model is constructed to study the failure mode of gypsum ore fault and the failure mode of mining area. The mechanism of instability and the subsidence mode of ground surface under the influence of fault are analyzed and studied. The main research results include the following aspects: (1) based on the theory of critical layer and thin plate, the model of surface subsidence basin caused by gypsum mining under the influence of fault is constructed, and the maximum subsidence amount and the vertical shape parameters are obtained. Under the influence of fault, the calculation formula of the displacement of the center point of surface subsidence is obtained. (2) through numerical simulation of the distance from the gypsum mining area to the different working face, the displacement of the gypsum mining area, the expansion of the plastic zone and the law of the surface subsidence are obtained. By analyzing and studying the above laws, the instability mechanism of gypsum mining area under the influence of fault is preliminarily obtained, that is, the roof end which is far from the fault first produces tensile damage, and then passes to the middle of mine house, causing roof caving to fall, and finally transmitting to the surface of the earth. Subsidence appeared on the surface above the mining area. At the same time, the gypsum mining area with different fault dip angle is simulated and the stress field near the mining area is obtained. (3) numerical analysis of unstable collapse accident in underground mining area of Hengdian gypsum mine is carried out by combining theoretical calculation with FLAC3D numerical simulation. Through the calculation of roof stress, the limit span of mine house and the safety factor of pillar, it is found that the failure of fault is the main cause of instability in mining area. The stress and displacement of faults, roof and pillar are compared and analyzed in order to reveal the failure process and failure mode of fault, roof and pillar under the influence of fault. Starting from the formation and evolution of unstable disasters in gypsum mining area, the failure model of fault-mining area is studied in depth, and the model of surface subsidence basin caused by Hengdian gypsum mining under the influence of fault is established preliminarily. The research results can provide a theoretical basis for the control of instability in the mining area of Hengdian gypsum mine and a new idea for the study of the instability mechanism of the underground gypsum mine under the influence of faults.
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD327

【參考文獻】

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本文編號：2338554