發(fā)布時間：2020-10-19 22:28

　　 采空區(qū)是礦山重要危險源,殘礦回采是提高資源回收率的有效途徑。在對殘礦資源進行二次開采的過程中,采空區(qū)群的巖體應力超過其極限強度達到動態(tài)失穩(wěn)狀態(tài)時,容易引發(fā)圍巖破碎、頂板冒落、地表塌陷等災害事故。因此,開展采空區(qū)群動態(tài)失穩(wěn)響應及控制研究,對于金屬礦山殘礦資源的安全殘采具有十分重要的意義。論文以某大型金礦山采空區(qū)群為研究對象,在現(xiàn)場踏勘的基礎(chǔ)上,借助振動力學和結(jié)構(gòu)動力學理論以及數(shù)值模擬法,開展了殘采過程中采空區(qū)群動態(tài)失穩(wěn)響應和控制研究。論文的主要工作與成果如下:(1)在對某大型金礦地下采空區(qū)群調(diào)查的基礎(chǔ)上,研究了結(jié)構(gòu)動力響應基本理論和方法,主要包括動力分析理論、動力分析模型法、動力響應方程分析方法等,進而分析了單一水平和縱向采空區(qū)群動態(tài)失穩(wěn)響應。(2)提出采空區(qū)群多自由度動力響應模型法,通過算例和監(jiān)測結(jié)果驗證了多自由度模型法的合理性,分析了采空區(qū)群的動力響應規(guī)律。利用彈簧模塊和阻尼模塊處理空區(qū)群內(nèi)部頂板與間柱之間的交叉鏈接問題,分析結(jié)果更加貼近工程體本質(zhì)特征;采用Newmark-β法和Matlab自編程序解決了采空區(qū)群動力響應計算效率低、精度差的難題;與數(shù)值模擬法和現(xiàn)場位移沉降結(jié)果相對比,多自由度模型法可直觀地揭示采空區(qū)群的動力響應規(guī)律。(3)根據(jù)某金礦山空區(qū)群可能存在的16種殘采技術(shù)方案,結(jié)合多自由度模型法和MIDAS/GTS數(shù)值模擬法,對采空區(qū)群的動力響應特征進行了分析,提出了最優(yōu)回采方案。綜合分析結(jié)果可知,多中段空區(qū)頂板殘采中方案3最為合適;多中段空區(qū)間柱殘采中方案9最為合適;多中段空區(qū)頂板和間柱組合殘采中方案12最為合適。(4)分別構(gòu)建靜力特征和動力特征模型,分析了采空區(qū)群在充填后的靜力特征和動力特征參數(shù),并綜合評估了充填后的效果。靜力特征參數(shù)分析結(jié)果表明,拉應力和壓應力分布范圍整體左移和上移,剪切應力完全由間柱轉(zhuǎn)移到充填體內(nèi);動力特征參數(shù)分析結(jié)果表明,充填后采空區(qū)群內(nèi)部的應力集中發(fā)生了轉(zhuǎn)移,采空區(qū)群巖體的位移及速度響應大幅下降;綜合分析可知,充填后采空區(qū)群具有良好的動態(tài)穩(wěn)定性,研究成果為采空區(qū)群殘礦過程中動態(tài)失穩(wěn)工程控制提供了理論指導。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD325.3
【部分圖文】：

目前我國 92%以上的一次性能源、80%以上的工業(yè)原料取自礦產(chǎn)資源，產(chǎn)資源的開發(fā)利用已成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要保障[1]。但是，由于礦產(chǎn)資源長時的開采，導致其儲量不斷下降，為了保證礦產(chǎn)資源使用的持續(xù)性，在尋找新的礦產(chǎn)資的同時，可對礦山礦床開采后遺留的殘礦資源進行二次開采。因此，殘礦資源的綜合用就成為了人們關(guān)注的焦點。地下金屬礦山開采過程中形成了密集的采空區(qū)群，遺留下大量的殘礦資源。由于期受到爆破動荷載振動效應的作用，破壞了礦山初始應力平衡，在巖體中形成了二次力分布而產(chǎn)生次生應力場，在次生應力場作用下，采空區(qū)群巖體發(fā)生變形、非連續(xù)破和移動，一直達到新的平衡為止。在對殘礦資源進行二次開采的過程中，采空區(qū)群的體應力超過了其極限強度達到某一臨界失穩(wěn)狀態(tài)時，就會引發(fā)圍巖破碎（圖 1-1）、板冒落、地表塌陷（圖 1-2）等一系列的采空區(qū)災害事故，危害了礦山的地面形態(tài)，壞地貌自然景觀，影響了耕地質(zhì)量，并造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

目前我國 92%以上的一次性能源、80%以上的工業(yè)原料取自礦產(chǎn)資源，產(chǎn)資源的開發(fā)利用已成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要保障[1]。但是，由于礦產(chǎn)資源長時的開采，導致其儲量不斷下降，為了保證礦產(chǎn)資源使用的持續(xù)性，在尋找新的礦產(chǎn)資的同時，可對礦山礦床開采后遺留的殘礦資源進行二次開采。因此，殘礦資源的綜合用就成為了人們關(guān)注的焦點。地下金屬礦山開采過程中形成了密集的采空區(qū)群，遺留下大量的殘礦資源。由于期受到爆破動荷載振動效應的作用，破壞了礦山初始應力平衡，在巖體中形成了二次力分布而產(chǎn)生次生應力場，在次生應力場作用下，采空區(qū)群巖體發(fā)生變形、非連續(xù)破和移動，一直達到新的平衡為止。在對殘礦資源進行二次開采的過程中，采空區(qū)群的體應力超過了其極限強度達到某一臨界失穩(wěn)狀態(tài)時，就會引發(fā)圍巖破碎（圖 1-1）、板冒落、地表塌陷（圖 1-2）等一系列的采空區(qū)災害事故，危害了礦山的地面形態(tài)，壞地貌自然景觀，影響了耕地質(zhì)量，并造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

華南理工大學碩士學位論文型進行研究如圖 1-3 所示,然而實際中建立真實的數(shù)學模型分析該采空區(qū)的穩(wěn)定性比較困難，但是考慮到小規(guī)模的頂板冒落一般都是從某一部分的頂板開始，然后擴展到周圍巖體，最終發(fā)生大規(guī)模冒落這一事實，可以將其簡化為頂板一礦柱系統(tǒng)如圖 1-4 所示
【參考文獻】

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本文編號：2847802