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《中南大学》 2005年
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深部开采高阶段尾砂充填体力学与非线性优化设计

刘志祥  
【摘要】:充填体力学是随着充填采矿技术发展而形成的一门新型学科。VCR采矿法与高阶段嗣后充填工艺相结合,扩大了充填采矿技术的应用领域,在深部厚大矿床安全高效开采具有广阔的应用前景,同时也为充填体力学增加了新的研究内容。目前由于对高阶段充填体力学机理及其相关理论缺乏系统的研究,高阶段充填设计大都采用经验法或经验类比法,往往造成不必要的水泥浪费或充填体强度达不到工程实际要求。为此,有必要根据深部高阶段充填工艺特征,建立高阶段充填体力学模型,开展降低成本的优化设计研究,以实现深部资源安全高效开采。本文主要研究内容如下: 对尾砂胶结充填体进行了力学试验,建立了不同配比胶结充填体损伤本构方程,分析了不同配比充填体力学特性与能量释放规律。根据充填体损伤本构模型,从岩体开挖释放能量与充填体峰值应力变形能相近的原则探讨了充填体与深部岩体的合理匹配,并确定了冬瓜山矿床深部开采所要求的充填体强度,论证了安庆铜矿深部矿体采用最小充填配比1:12是可行的。 为实现深部开采高质量充填,用分形理论研究了分级尾砂级配。通过对大量尾砂充填矿山的试验数据分析,建立了分级尾砂强度与水泥含量、浓度、孔隙分维数及分维数相关率的神经网络模型,从大量研究数据中揭示了尾砂级配与其强度的内在规律。研究结果表明,分级尾砂颗粒间孔隙分维数减小,充填体强度增高;尾砂分维数相关性越好,充填体强度越高。根据尾砂级配模型,用混沌优化方法研究了使充填体达到最佳强度的选矿尾砂合理分级。该模型与理论应用于安庆铜矿选矿尾砂分级设计,不仅提高了充填体强度,而且增加了尾砂使用率,节约了充填成本。 针对高阶段嗣后充填工艺特点,分析了深部开采围岩对充填体的力学作用,建立了高阶段分层充填体力学计算模型,研究了充填体可暴露任意高度的力学条件,并用分形树和重整化群方法建立了深部开采充填体强度模型。基于深部开采的复杂性和充填体强度的不确定性,根据所建立的高阶段充填体力学模型,用可靠性理论和博弈树方法,成功解决了高阶段充填体配比优化难题。该研究方法应用于安庆
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TD80

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前9条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 彭欣;复杂采空区稳定性及近区开采安全性研究[D];中南大学;2008年
5 刘志祥;深部开采高阶段尾砂充填体力学与非线性优化设计[D];中南大学;2005年
6 张发文;矿渣胶凝材料胶结矿山尾砂充填性能及机理研究[D];武汉大学;2009年
7 常庆粮;膏体充填控制覆岩变形与地表沉陷的理论研究与实践[D];中国矿业大学;2009年
8 冯锐敏;充填开采覆岩移动变形及矿压显现规律研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
9 江文武;金川二矿区深部矿体开采效应的研究[D];中南大学;2009年
10 韩斌;金川二矿区充填体可靠度分析与1#矿体回采地压控制优化研究[D];中南大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐飞;“三下”矿体开采全尾砂胶结充填体强度研究[D];长沙矿山研究院;2014年
2 周华林;空场嗣后充填采矿法充填体合理强度分布规律研究[D];武汉理工大学;2012年
3 周士霖;深部开采充填体稳定性及与岩体智能匹配研究[D];中南大学;2012年
4 廖亮;下向胶结充填采矿法采场结构参数优化及稳定性研究[D];江西理工大学;2011年
5 龚囱;循环加卸载条件下充填体损伤与声发射特性研究[D];江西理工大学;2011年
6 许红坤;采场结构参数优化及胶结矿柱可靠度分析[D];中南大学;2013年
7 董凯程;爆破地震对充填体影响与控制技术研究[D];中南大学;2010年
8 李兴尚;水砂胶结充填材料配合比的优化研究[D];昆明理工大学;2005年
9 高卫宏;武山铜矿北矿带胶结充填采场力学性能及声发射监测研究[D];江西理工大学;2010年
10 崔锋;榆卜界矿房式充填开采的理论研究[D];煤炭科学研究总院;2009年
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