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《昆明理工大学》 2010年
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大红山435中段采场矿房矿柱尺寸优化的数值模拟研究

罗鹏辉  
【摘要】:大红山铜矿435中段目前采用的采矿方法为:分段空场,嗣后充填。盘区设计的原则为:盘区顶板最大跨度一般不超过36米,中段矿柱(顶、底柱)厚度为8米,盘区间的矿柱厚度为5米,隔层厚度则为14米。但在实际生产过程中,有不少盘区的跨度大于36米,顶板冒落的情况也时有发生,这就需要我们在保证稳定性的前提下,研究采场周围岩体的应力分布情况,对现有采场结构进行调整优化。 本文使用有限单元法,对大红山铜矿435中段盘区围岩和矿柱的应力分布情况以及稳定性,进行了数值模拟计算。结合某些单位地应力报告的数据,模拟分析了后续数值计算中使用的原岩应力侧压力系数值,得到了一些有意义的结论;建立了大量模型来模拟不同矿房尺寸和隔层厚度的情况,分析了使用不连续点柱来降低矿房跨度时,隔层、采场顶板和矿柱中的应力分布规律。 通过以上分析得出以下结论:(1)某单位原岩应力报告得到的侧压力系数为0.56-15.68,离散性很大;另一家单位原岩应力报告得到的侧压力系数为:最小主应力方向0.71-0.92,最大主应力方向1.19-1.37,可以发现这家单位的两组数据离散型很小,两份报告的数据有极大的差别。于是本文通过建立二维切割槽模型和三维采场模型来模拟不同侧压力系数的情况,结合现场岩体稳定情况和计算得到的结果认为侧压力系数不会超过1.5,所以侧压力系数取λx=0.82,λz=1.3是合理的。(2)随着隔层厚度的降低,隔层岩体中拉应力的数值增大,拉应力的分布范围扩大,导致岩体的安全系数降低。但当隔层厚度增大至大于14米时,安全系数虽有增加,但增加得并不显著。因此,隔层厚度保持为14米左右较为合理。(3)影响隔层岩体稳定性的主要因素,是岩体本身的强度和盘区的跨度。因此,为了维护隔层岩体的稳定性,应该采取的主要措施,是控制盘区跨度。在目前条件下,盘区的跨度不宜超过36米。(4)盘区中部的顶板岩体中,较大范围内存在着拉应力,而点柱存在与否对顶板拉应力的分布有很大影响。盘区中部增加点柱,可以使顶板稳定性大大提高。因此,当跨度在40米以上,矿房面积超过2000m2时,应考虑在盘区内部增加点柱。(5)在条件适宜(矿体厚度相对较小、隔层岩体品位较高)的情况下,即使盘区面积不太大,也可以通过在盘区中部增加点柱、减小隔层厚度,来提高资源回收率。(6)矿柱的稳定性,不但与矿柱本身的厚度有关,还与矿柱高度有关。因此,在盘区的间柱和中段矿柱高度较小的情况下,矿柱厚度可以适当减小,以提高资源回收率。例如,矿柱高度小于15米时,厚度5米即可。(7)在某些盘区,矿房形状呈梯形,盘区一侧的尺寸大于50米,导致矿房局部跨度大;盘区矿量大,供矿时间长。对这样的情况,可以考虑在回采过程中,在盘区内跨度较大处留下临时矿柱。临时矿柱在回采初期不爆破,待盘区内其它地段爆破供矿结束后,临时矿柱再爆破,然后集中进行高强度的供矿、密闭和充填。这样,大面积顶板暴露存在的时间就要短得多,有利于顶板的稳定性。为了保证临时矿柱的岩体不发生明显的变形破坏,后期能顺利装药爆破,临时矿柱的尺寸应该较大,断面面积一般应在200m2以上;高度与厚度之比,不宜大于2-2.5。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD862.1

【引证文献】
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