【摘要】：在地下開采引起的巖體移動和變形問題的研究中,有關高應力區(qū)陡傾斜金屬礦體崩落法開采引起的巖體移動規(guī)律和機理問題,是前人研究較少的一個重要的問題。對這一問題,至今國內(nèi)外尚沒有成熟的理論成果和便于應用的預計方法,極大地影響了礦山的安全生產(chǎn)。本文研究對象——獅子山銅礦,為典型的高應力區(qū)陡傾斜金屬礦體崩落法開采,該礦山地應力較高,地質(zhì)條件復雜,構造發(fā)育,礦巖破碎,開采難度極大,工程巖體穩(wěn)定性問題非常突出。通過資料搜集、工程地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場巖移監(jiān)測、理論分析、數(shù)值模擬及非線性算法等手段和方法,探討了高應力區(qū)陡傾斜金屬礦體開采巖體移動規(guī)律,變形、破壞機理與變形預測相關問題。(1)通過現(xiàn)場三維地應力實測,研究了礦區(qū)地應力場分布規(guī)律,結果表明：礦區(qū)以水平高構造應力場為主導,最大主應力方向為近NNW-SSE向。分別采用有限差分法FLAC3D和離散單元法3DEC對高水平構造應力的數(shù)值模擬反演方法進行了探討,結果表明：基于初始應變能理論的初始地應力場的反演,即在位移邊界條件下,計算域內(nèi)所有單元體采用梯形應力分布初值設置,即設定初始彈性應變能狀態(tài),使?jié)M足或擬合應力隨深度變化的實測值,模擬效果與實際吻合最好,是模擬水平高構造應力場的首選。并采用該方法,通過FLAC3D與3DEC對礦區(qū)的高地應力場進行了反演分析,反演結果與實際吻合較好,為后續(xù)高地應力條件下開采巖移的計算分析提供基礎。(2)分析了斷層面與斷層帶對巖體移動的屏障效應與發(fā)生機制,闡述了采動引起斷層活化的滑動準則,并對采動影響下斷層活化及其屏障效應的影響因素進行了分析,結果表明：隨著開采區(qū)距斷層距離的減小,斷層上界埋深的增加,開采區(qū)尺寸的增大,斷層越容易活化,斷層活化后對位移場和應力場傳播的阻隔作用越強烈；當斷層切入空區(qū)中,斷層傾角越大,斷層越容易失穩(wěn)活化,斷層兩側(cè)巖移的差異性越大；斷層破碎帶的厚度越大,它所具有的屏障強度越高。在此基礎上,研究了礦區(qū)深部持續(xù)采動誘發(fā)斷層的活化規(guī)律與機理,礦區(qū)斷層活化的本質(zhì)是開挖卸荷引起的斷層面上產(chǎn)生的附加張應力引起的,率先提出了主礦體下盤的雁列式陡傾角斷層群的活化具有一定的“多米諾效應”。(3)開展了井下斷層活化滑移和地表巖移的綜合監(jiān)測。針對井下斷層活化錯動的實際情況,設計了斷層活化滑移的監(jiān)測系統(tǒng),并基于監(jiān)測結果分析了F2，F(xiàn)3及F4斷層的活化滑移規(guī)律,結果表明F2斷層,F3斷層正處于穩(wěn)滑狀態(tài),F4斷層還未發(fā)生活化,驗證了斷層活化的多米諾效應。通過地表GPS監(jiān)測,研究了礦區(qū)崩落法開采引起的地表移動變形規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),地表移動變形正在往上盤方向發(fā)展,且各測點地表沉降和水平移動速率正在急劇增加,地表沉陷正處于活躍發(fā)展期。(4)分析了自重應力場與構造應力場對陡傾礦體開采巖體移動規(guī)律的影響問題。對不同應力條件下,礦體傾角和礦體厚度對陡傾礦體巖移規(guī)律的影響進行了分析。在此基礎上分別采用大變形有限差分法和離散單元法對礦區(qū)深部持續(xù)開采地表移動與覆巖冒落的規(guī)律與機理進行了分析,并提出了礦區(qū)陡傾礦體崩落法深部持續(xù)開采條件下地表沉陷與覆巖冒落動態(tài)演化過程可分為6個階段,即①開采初始階段；②覆巖初始冒落階段；③覆巖大量冒落階段；④地表塌陷階段；⑤深部持續(xù)開采塌陷坑擴展放緩階段；⑥開采結束地表沉陷衰減階段。根據(jù)礦區(qū)實際開采情況、地表巖移監(jiān)測結果以及地表巖移特征,可以得出,目前的地表巖移正處于第三階段,即覆巖大量冒落階段。預計未來深部17中段至18中段礦體回采過程中將會逐步向地表塌陷階段轉(zhuǎn)化。(5)分析了地表巖移災害成因與危害性,通過地表巖移監(jiān)測結果與地表地裂縫發(fā)展演化的分析,對地表巖移災害的現(xiàn)狀進行了評估；并通過數(shù)值分析,考慮實際地表地形,對地表巖移危害區(qū)域的發(fā)展演化過程進行了分析。根據(jù)現(xiàn)場斷層滑移實測數(shù)據(jù),建立了基于GM(1,1)模型的灰色系統(tǒng)預測模型,所建立的模型對于預測斷層的滑移具有較高精度,在目前斷層連續(xù)穩(wěn)滑的狀態(tài)下,可對未來一段時間內(nèi)斷層的滑移情況進行較好的預測。運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡建立了金屬礦崩落開采巖體移動角與移動范圍預測的知識庫模型,通過檢驗礦山移動角的預測,表明所建神經(jīng)網(wǎng)絡知識庫模型具有較高的精度,并預測了獅子山礦區(qū)巖體移動角與移動范圍。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD325;TD853.36
【圖文】：

圖２－１為獅子山銅逡逑礦位置圖

工程地質(zhì)與采礦概況邐．邐昆明理工大學呈網(wǎng)格狀。逡逑易口斷陷盆地的西側(cè)，受東西向擠壓作用力的影響，形成南北向發(fā)育。斷裂主要由綠汁江大斷裂和湯郎一易口大斷裂組成。兩斷千米Ｗ上，是川濱南北向構造體系幾大斷層之一，也是本區(qū)主要的按方向可分為南北、北北東、北北西與東西向四組。南北向構造，側(cè)，由一組緊密的背向斜與逆斷層組成，是綠汁江大斷裂伴生構眾多的摺皺組與壓性縱斷層組成；北北西構造由一組壓扭性斷層布于易口礦區(qū)南部，由走向延伸較短的斷層和擢皺組成。逡逑床賦存于北北東向構造組的獅子山背斜的軸部，礦床外圍地處北的摺皺組發(fā)育部段，見圖２－２。逡逑

井開拓方案，設計出礦能力為１０００邋ｔ／ｄ，邋Ｈ期工程基本回采結束。四期工程設計標高為逡逑１２３７ｍ？７８７ｍ（１６至２４中段），目前（２０１５．６）正在進行深部持續(xù)采礦工程１６中段礦體的逡逑回采和１７中段的開拓工程。圖２－３為獅子山礦區(qū)１２３７ｍ標高（１５中段）平面示意圖，圖逡逑２－４為礦區(qū)４０號剖面工程剖面圖。逡逑ｗｃｍｎｎ邋６５邐６０邐５５邐５０邐４５邐４０邐３５邐３０邐２５邐２０邐１５邐１０逡逑５０４６００邐５０４７００邐５０４８００邐５０４９００邐５０５０００邐５０５１００邐５０５２００邐５０５３００逡逑圖２－３獅子山礦區(qū)１２３７ｍ標高（巧中段）平面示意圖逡逑２０逡逑

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本文編號：2812383