急傾斜相鄰礦體采動影響與采礦方法研究.pdf

1、急傾斜相鄰礦體重復(fù)開采引起的夾層變形是一個復(fù)雜的力學(xué)過程,由于不同深度下礦體賦存條件差異較大,重復(fù)采動造成圍巖應(yīng)力多次重新分布和多次爆破損傷,變形過程具有不確定的非線性特征。夾層變形過程和應(yīng)力分布規(guī)律的研究不僅能指導(dǎo)急傾斜相鄰礦體安全生產(chǎn),而且對于薄礦脈群、脈狀礦床的開采具有借鑒意義。本文以會寶嶺急傾斜相鄰礦體為研究對象,在分析總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上,將理論分析、數(shù)值模擬與工程實例相結(jié)合,基于薄板小撓度理論、最小勢能原理,推導(dǎo)了簡化模

2、型的撓度與穩(wěn)定性計算公式;基于尖點突變理論分析了夾層變形失穩(wěn)的一般規(guī)律,得出夾層位移、能量與時間的函數(shù)關(guān)系,并對夾層變形定量預(yù)測;基于FLAC3D數(shù)值模擬軟件,研究了急傾斜相鄰礦體上行式開采與不同階段礦塊回采順序的采動影響;基于地表沉陷指標(biāo)與塑性區(qū)分布,得到最優(yōu)的急傾斜相鄰礦體回采順序,并對采礦方法進(jìn)行優(yōu)化等。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)根據(jù)急傾斜相鄰礦體特殊形態(tài),結(jié)合薄板小撓度理論、最小勢能原理將相鄰礦體—夾層系統(tǒng)在沿礦

3、體走向簡化成不同邊界條件的薄板模型,推導(dǎo)了模型穩(wěn)定性計算公式;基于平面應(yīng)變基本特征,將系統(tǒng)在垂直走向簡化成壓桿,應(yīng)用尖點突變理論解釋了夾層失穩(wěn)的原因是由系統(tǒng)平衡點通過中葉所致。
　　(2)通過室內(nèi)巖石力學(xué)試驗取得了礦區(qū)主要巖石的力學(xué)參數(shù)并工程化處理。根據(jù)系統(tǒng)失穩(wěn)的充要條件推導(dǎo)出系統(tǒng)失穩(wěn)的臨界條件下礦房高度與礦房沿走向長度關(guān)系式;通過對會寶嶺鐵礦夾層位移、勢能與時間關(guān)系的研究與夾層變形規(guī)律的分析,得出夾層最大位移與時間的函數(shù),并對上

4、中段夾層位移最大值進(jìn)行預(yù)測。
　　(3)應(yīng)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件研究了會寶嶺鐵礦相鄰礦體上行式開采和不同階段礦塊回采順序下的應(yīng)力變化規(guī)律和夾層位移規(guī)律,以及急傾斜相鄰礦體開采前方應(yīng)力分布。將應(yīng)力變化按拋物線類型分為四類,得出對維護(hù)地壓穩(wěn)定最有利的回采順序是前進(jìn)式雙翼回采。
　　(4)根據(jù)描述地表移動狀態(tài)的五個指標(biāo)和塑性區(qū)分布,得出急傾斜相鄰礦體最優(yōu)階段回采順序是上盤超前下盤的上行式回采,同時分析了地表移動狀態(tài)的一般規(guī)律。