本文關(guān)鍵詞：高地應(yīng)力測量及礦柱尺寸設(shè)計

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【摘要】：隨著全球化進(jìn)程加快,各國對各種自然資源需求量在不斷地增加,使得淺層自然資源日益減少。目前,國內(nèi)外許多能源開采都相繼進(jìn)入到深部采掘狀態(tài),而在深部作業(yè)時經(jīng)常遇到“三高”問題(高地應(yīng)力、高溫、高水壓)。其中,由高地應(yīng)力引起的一系列問題隨之而來。因此,在高地應(yīng)力作用下對礦柱的留設(shè)及其穩(wěn)定性的分析顯得尤為重要。目前,對于高地應(yīng)力的探測,主要有非彈性應(yīng)變恢復(fù)法、聲發(fā)射法、水壓致裂法、巖芯提取(餅化)法等方法,其中最為有效和傳統(tǒng)的方法是巖芯提取方法,即通過提取的巖芯餅化形式和程度來判斷地應(yīng)力的大小和方向。為了更加直觀理解巖芯餅化法是測量高地應(yīng)力的有效方法,本文通過數(shù)值模擬的方法再現(xiàn)了不同地應(yīng)力組合情況下的巖芯餅化的現(xiàn)象并分析了形成原因。結(jié)果表明： (1)當(dāng)?shù)貞?yīng)力超過一定值時才能出現(xiàn)餅化現(xiàn)象即高地應(yīng)力時才有餅化現(xiàn)象； (2)徑向應(yīng)力(水平應(yīng)力)是影響巖芯餅化的主要因素,軸向應(yīng)力(豎直應(yīng)力)只是使巖芯表面產(chǎn)生局部破壞； (3)當(dāng)徑向應(yīng)力一定的情況下,隨著軸向應(yīng)力的增大,巖芯餅化現(xiàn)象逐漸減弱；當(dāng)保持軸向應(yīng)力值一定時,隨著徑向應(yīng)力的增大巖芯餅化現(xiàn)象越來越明顯； (4)通過餅化現(xiàn)象驗證了候發(fā)亮學(xué)者提出的公式的合理性。該方法不僅能夠模擬巖芯餅化的過程,而且能夠了解應(yīng)力轉(zhuǎn)變的過程,為如何通過餅化現(xiàn)象判斷地應(yīng)力大小和方向提供的可靠的理論依據(jù)。在充分理解和研究高應(yīng)力作用下巖芯餅化過程以及形成機(jī)制基礎(chǔ)上,我們針對礦山礦柱尺寸的設(shè)計情況,設(shè)定五種礦柱尺寸,研究高應(yīng)力作用下的礦柱尺寸設(shè)計。共設(shè)計了不同寬高比：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5五種礦柱尺寸；不同傾角的礦柱模型：0°、10°、20°、30°、40°等五種礦柱留設(shè)角度情況；四種不同側(cè)壓力系數(shù)：0.5、1.0、1.5、2.0,模擬礦山開采的地應(yīng)力級別。通過這些模型的模擬設(shè)計,尋求礦柱失穩(wěn)規(guī)律的研究,為礦柱尺寸設(shè)計提供依據(jù)。模擬結(jié)果表明： (1)隨著礦柱寬高比尺寸的增加,礦柱的破壞方式由拉破壞變?yōu)閴杭羝茐?因此在進(jìn)行礦柱尺寸設(shè)計時應(yīng)盡量增加礦柱尺寸；(2)礦柱與σ 1的位置關(guān)系是影響礦柱巖爆發(fā)生的一個重要因素,在實際礦柱設(shè)計中應(yīng)盡量減小礦柱的傾斜度； (3)對于傾斜礦柱,由于最大應(yīng)力非對稱地分布,而且此時的礦柱邊角起到了支撐作用,因此不適合用經(jīng)驗公式來確定礦柱平均應(yīng)力； (4)開挖期間礦柱邊緣處開始應(yīng)力積累,當(dāng)積累到達(dá)了礦柱邊緣處的承載力,礦柱邊緣就會發(fā)生破壞,應(yīng)力得以釋放。釋放出的應(yīng)力向礦柱中心區(qū)域轉(zhuǎn)移,進(jìn)而導(dǎo)致了礦柱了整體失穩(wěn)。該模擬設(shè)計為實際工程中高應(yīng)力作用下的礦柱設(shè)計提供了理論參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：高地應(yīng)力 巖芯餅化法 礦柱 尺寸設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD311
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 地應(yīng)力研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 高地應(yīng)力作用下的礦柱尺寸設(shè)計研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 問題的提出及本文研究內(nèi)容14-16
• 1.3.1 問題提出14-15
• 1.3.2 本文研究內(nèi)容15-16
• 2 巖石失穩(wěn)本質(zhì)及分析系統(tǒng)介紹16-22
• 2.1 巖石本構(gòu)關(guān)系的細(xì)觀統(tǒng)計損傷模型16-19
• 2.1.1 巖石的基本特征—非均勻性16
• 2.1.2 巖石介質(zhì)非均勻性的統(tǒng)計理論描述16-18
• 2.1.3 巖石細(xì)觀本構(gòu)關(guān)系18-19
• 2.2 巖石破裂過程分析系統(tǒng)19-22
• 2.2.1 模型的基本構(gòu)成單元—基元19-20
• 2.2.2 基元的相變20
• 2.2.3 巖石破裂過程分析系統(tǒng)介紹20-22
• 3 巖芯餅化測量高地應(yīng)力方法22-35
• 3.1 引言22
• 3.2 數(shù)值模擬方案及參數(shù)選取22-23
• 3.3 數(shù)值模擬結(jié)果23-33
• 3.3.1 徑向應(yīng)力對巖芯餅化影響分析23-28
• 3.3.2 軸向應(yīng)力對巖芯餅化影響分析28-30
• 3.3.3 不同應(yīng)力組合對巖芯餅化影響分析30-33
• 3.4 實際工程中巖芯餅化發(fā)生條件33-34
• 3.5 本章小結(jié)34-35
• 4 高地應(yīng)力下礦柱尺寸設(shè)計35-53
• 4.1 引言35-36
• 4.2 模型建立36-38
• 4.2.1 模型簡介36-37
• 4.2.2 力學(xué)參數(shù)37-38
• 4.3 模擬結(jié)果及分析38-51
• 4.3.1 不同寬高比下的礦柱破裂分析38-43
• 4.3.2 不同側(cè)壓力系數(shù)對礦柱強(qiáng)度影響43-45
• 4.3.3 傾斜礦柱中邊角應(yīng)力分析45-48
• 4.3.4 數(shù)值模擬結(jié)果對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的證實48-49
• 4.3.5 開挖導(dǎo)致礦柱中應(yīng)力重分布49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 結(jié)論與展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況60-61
• 致謝61-62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：824337