采空區(qū)預(yù)留礦柱與充填位置優(yōu)化理論及工程應(yīng)用.pdf

1、地下礦山回采后遺留下的采空區(qū)威脅著礦山安全開采,為此必須對(duì)其進(jìn)行有效處理,本文主要針對(duì)單一采空區(qū)的礦柱的最優(yōu)支護(hù)位置和復(fù)雜采空區(qū)群的充填位置進(jìn)行研究,并將研究成果應(yīng)用于工程實(shí)際。研究成果為類似采空區(qū)處理提供了借鑒意義。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下。
　　(1)通過對(duì)巖石變形破壞過程中能量耗散、能量釋放與巖石強(qiáng)度和整體破壞的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行分析,在巖體整體破壞受控于可釋放應(yīng)變能的基礎(chǔ)上結(jié)合最小變形能原理,提出了確定單一采空區(qū)預(yù)留礦柱位置的

2、最小變形能優(yōu)化方法,即圍巖—礦柱系統(tǒng)變形能越小預(yù)留礦柱位置越佳。
　　(2)對(duì)采空區(qū)在圍巖巖性一致及不一致的情況進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果表明,采空區(qū)圍巖巖性一致時(shí)通過頂板節(jié)點(diǎn)的最大位移值確定的最優(yōu)預(yù)留礦柱位置和使用最小變形能確定的最優(yōu)礦柱位置結(jié)果一致;而采空區(qū)圍巖巖性不一致的條件下,依靠頂板最大位移只能評(píng)價(jià)采空區(qū)部分區(qū)域的穩(wěn)定性情況,不能評(píng)價(jià)采空區(qū)的整體穩(wěn)定性,而考察系統(tǒng)變形能的大小對(duì)采空區(qū)整體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)效果更好,借此得到的預(yù)

3、留礦柱位置更優(yōu)。進(jìn)一步對(duì)最小變形能對(duì)應(yīng)最優(yōu)預(yù)留礦柱位置的方法進(jìn)行了驗(yàn)證,即變形能最小時(shí)礦柱的預(yù)留位置最優(yōu)。
　　(3)在上述變形能確定礦柱位置方法的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬對(duì)悅洋金礦采空區(qū)不同中段預(yù)留礦柱下系統(tǒng)的整體變形能進(jìn)行計(jì)算,分析得到94m中段礦柱對(duì)維護(hù)采空區(qū)整體穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用,應(yīng)留作永久礦柱。另外,相似模擬試驗(yàn)表明,94m中段受到最大水平拉應(yīng)力且該中段頂板在上覆荷載不斷增大的情況下最先出現(xiàn)破壞,進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)果的正確性。

4、
　　(4)對(duì)于復(fù)雜采空區(qū)群,首先,對(duì)基于關(guān)系矩陣與模糊數(shù)學(xué)的采空區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)的影響因素進(jìn)行了改進(jìn),加入了其它采空區(qū)對(duì)研究采空區(qū)的影響,使計(jì)算結(jié)果更適合于采空區(qū)群的靜態(tài)穩(wěn)定性分析;其次,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算了基于礦柱強(qiáng)度和平均應(yīng)力的礦柱安全系數(shù),并得到了應(yīng)力增量;最后,融合復(fù)雜采空區(qū)群的采空區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)、礦柱安全系數(shù)和應(yīng)力增量三項(xiàng)指標(biāo),建立了采空區(qū)群處理方案的模糊推理系統(tǒng)。將上述方法運(yùn)用于悅洋銀礦復(fù)雜采空區(qū)群的處理工程中,計(jì)算得