【摘要】：崩落法開采過程中往往引起上覆巖層的冒落從而形成隱伏采空區(qū)。崩落法采空區(qū)具有隱蔽性強(qiáng)、形態(tài)復(fù)雜、頂板不穩(wěn)定等特點(diǎn),其頂板圍巖的冒落直接關(guān)系著上覆巖層及地表的移動(dòng)規(guī)律。因此開展崩落法開采頂板圍巖冒落機(jī)理與演化規(guī)律研究,具有重要的理論意義和工程價(jià)值。本文以夏甸金礦為工程背景,以揭示傾斜厚大礦體崩落法開采頂板冒落機(jī)理和演化規(guī)律為目標(biāo),綜合采用室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場探測等技術(shù)手段,圍繞節(jié)理巖體等效參數(shù)確定、傾斜采空區(qū)頂板冒落機(jī)理與演化規(guī)律、高埋深隱伏采空區(qū)綜合探測與驗(yàn)證等內(nèi)容展開深入理論研究。(1)在現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查及節(jié)理ShapeMetrix3D非接觸掃描的基礎(chǔ)上建立了夏甸金礦礦體縱剖面優(yōu)勢節(jié)理信息概化圖,采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬及理論分析的手段對夏甸金礦節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)及可崩性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,夏甸金礦礦巖屬于典型的硬脆性巖石,可崩性較好,崩落法采空區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)能夠得到較好地冒落,其REV尺寸為高度25m,直徑12.5m。(2)通過建立傾斜礦體隨機(jī)節(jié)理模型,對傾斜厚大礦體崩落法開采頂板圍巖冒落機(jī)理及影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,傾斜礦體崩落法開采時(shí)采空區(qū)頂板圍巖具有“應(yīng)力-冒落”雙拱特征;冒落拱沿走向基本呈對稱拱形,沿傾向呈非對稱拱形特征,在傾向中上部較高,在傾向下部較低;冒落最大位移與礦體厚度呈二次多項(xiàng)式關(guān)系;礦體傾角越緩,頂板冒落范圍越大,但最大冒落位移越小;節(jié)理組傾角為30°/60°時(shí),圍巖水平位移的偏移更大,對地表塌陷的影響最小,但影響范圍最廣;水平構(gòu)造應(yīng)力越大,圍巖水平位移越大;上盤斷層的存在,會(huì)影響頂板冒落的擴(kuò)展路徑,但使頂板的冒落會(huì)更加充分。(3)基于現(xiàn)場節(jié)理分布與參數(shù)建立夏甸金礦崩落法礦體的數(shù)值模型,通過模擬隱伏采空區(qū)冒落帶最高點(diǎn)在-231.7m水平。構(gòu)建隱伏采空區(qū)開采的物理相似模型,對頂板冒落過程進(jìn)行了重演與驗(yàn)證,得到冒落帶最高點(diǎn)為-246m�；跁r(shí)滯非線性MGM(1,m|τ,γ)模型預(yù)測冒落帶發(fā)展最高點(diǎn)為-236m水平。因此綜合多種計(jì)算與試驗(yàn)?zāi)Ｊ?空區(qū)冒落至散體充滿時(shí)最高點(diǎn)約為-230m～-250m左右,距離地表約350m～370m左右。(4)在理論研究的基礎(chǔ),結(jié)合夏甸金礦實(shí)際條件,提出了500m以深隱伏采空區(qū)綜合探測驗(yàn)證方法,通過高密度電法與地表鉆探技術(shù)探測未發(fā)現(xiàn)大規(guī)�？諈^(qū),結(jié)合鉆孔攝像長期監(jiān)測與空區(qū)邊界的探地雷達(dá)測試結(jié)果,證明隱伏采空區(qū)基本已被冒落散體密實(shí)充滿,驗(yàn)證了數(shù)值模擬與理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。
【圖文】：

波造成的人員傷亡和設(shè)備破壞，給礦山安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并造成環(huán)境惡化、逡逑礦產(chǎn)資源嚴(yán)重浪費(fèi)。例如２０１５年１０月２２日山東黃金集團(tuán)盛大鐵礦８號采場發(fā)逡逑生地表塌陷，沖擊井下，，淤埋巷道，造成８人遇難，見圖１－１所示。２０１５年１２逡逑月２５日山東平邑石膏礦發(fā)生大面積采空區(qū)塌陷事故，引發(fā)４級地震，并造成１０逡逑余人死亡，引起地表建筑及農(nóng)田大面積坍塌，如圖１－２所示。逡逑圖Ｍ盛大鐵礦采空區(qū)坊塌引起地表塌陷邐圖１－２平邑石膏礦采空區(qū)大面積坊塌逡逑國家安監(jiān)總局于２０１４年６月１７日頒布第６７號令，明文規(guī)定，金屬非金屬逡逑地下礦山企業(yè)“必須加強(qiáng)頂板管理和采空區(qū)監(jiān)測、治理”。國家安監(jiān)總局于２０１５逡逑１逡逑

含不同傾角的軟弱夾層的巖體在單軸和雙軸壓縮下進(jìn)行了數(shù)值模巧，得到巖體變逡逑形的應(yīng)力－應(yīng)變曲線，為獲取巖體力學(xué)參數(shù)提供了新的途徑。逡逑如圖１－３所示，采用ＤＦＮ技術(shù)建立的節(jié)理裂隙模型，內(nèi)部各組節(jié)理空間分逡逑布與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果相同，可以認(rèn)為是巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙分布的真實(shí)體現(xiàn)。且這種逡逑方法建模效率高，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)離散單元法的不足，因此本論文引入離散裂隙逡逑網(wǎng)格（ＤＦＮ）技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合離散元技術(shù)建立真實(shí)反映節(jié)理裂隙分布特征的數(shù)值逡逑計(jì)算模型。逡逑＿逡逑圖１－３三維ＤＦＮ模型示意圖逡逑Ｓ逡逑
【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】：2019
【分類號】：TD327.2

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本文編號：2711396