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罗河铁矿充填开采覆岩稳定性及地表沉降研究

黄刚  
【摘要】:本文以“罗河铁矿一期充填法开采地表稳定性监测与研究”科研项目为依托,针对地下矿床充填开采过程中引起的地表沉降和覆岩稳定性的问题,用理论分析、试验研究及数值模拟手段对开采充填过程中矿山的安全进行了深入研究。研究的内容、研究方法及取得的研究成果主要包括以下几个部分:(1)尾砂充填体强度决定了尾砂充填入采场后的支撑能力,对覆岩的稳定性有很大的影响。针对罗河铁矿胶结尾砂充填料的特点,利用理论分析和试验方法对尾砂充填体强度进行了研究,通过对比试验和理论的分析结果,得出充填体强度的影响因素及在载荷作用下的破坏过程。(2)针对矿房内的胶结尾砂充填料,建立充填矿房内尾砂充填料一维区域非均质渗流解析模型,通过添加初始边界条件,得到了该模型的解析解。在此基础上,分析和研究了矿房内尾砂充填料的渗流特点及其影响因素。(3)根据该矿山开采方法,建立了盘区顶板沉降力学模型,用Navier法解析得到了顶板沉降曲面公式。研究了不同的地基系数、采场埋深、盘区的长宽比、顶板厚度和顶板岩石弹性模量对顶板最大沉降量的影响,并分析了盘区顶板应力的分布情况。(4)结合罗河铁矿地质资料和岩石力学参数,利用3DEC离散元模拟软件建立了罗河铁矿13#地质剖面线的数值模型。按照该矿山的开采设计,模拟了该剖面矿体的开采过程,分析了地表沉降和覆岩应力的变化情况。并且利用物理相似模拟手段模拟了开采过程中覆岩的位移及采场顶底板应力的变化。在现场,建立了GPS监测网监测矿山开采引起的地表沉降。(5)介绍了傅里叶和HHT变换在分析爆破振动信号中的应用,利用该方法分析了地表和地下避难硐室垂向的爆破振动信号,得到了爆破引起地表和避难硐室振动的特点。并且建立了地下开采爆破数值模型,利用LS-DYNA计算并分析了爆破过程中凿岩硐室、掏槽区、巷道附近围岩及覆岩的稳定性,得出爆破地震波在覆岩中的传播规律。计算和分析了单段最大药量增加一倍的情况下,凿岩硐室、巷道围岩等位置处振动速度和有效应力增加幅度。


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