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多次重复开采对巷道安全的影响及其控制措施研究

夏景超  
【摘要】:多层厚矿体分层充填开采对上覆原岩地层的应力分布产生了多次扰动与破坏,此时再在多次附加应力场演变后的地层中掘进巷道,由此在巷道围岩中产生心的附件应力,并与开采扰动的附加应力场产生再叠加效应,这与原岩中掘进巷道有本质区别;同时还有手段复杂工程地质构造与地层分布的影响。这些不利因素对巷道的掘进与支护造成巨大的困难,由此深化研究复杂岩体开挖的力学特性及其变形破坏规律具有重要的应用价值。本文以马城铁矿2、11和12号矿体的开采为工程背景,采用数值模拟和理论研究的手段,系统分析矿体在多次开采扰动作用下围岩应力场和位移场的演化规律,揭示巷道围岩的变形与破坏机制,并采用相应的安全措施对巷道进行加固处理。主要研究结果如下:(1)基于马城铁矿的设计开采方案,应用有限元数值模拟方法,系统模拟了采区多阶段重复采动下其围岩的应力场和位移场的演化规律,分析研究各层巷道围岩在开采扰动下的稳定性,判断巷道的安全性,为巷道的支护加固提供指导。(2)根据巷道围岩应力场的分析结果,对各个位置处的巷道进行安全性评价。对2号矿体和11、12号矿体的危险区巷道进行了加固方案优化设计,然后应用数值模拟方法加固方案进行检验,结果满足安全生产要求。(3)通过采集现场的应力监测数据,在灰色理论的基础的上,建立了预测巷道应力的GM(1,1)模型,确定各个巷道预测模型的最佳建模维数,并对不安全区域的巷道应力进行预测,并以此作为巷道加固的依据。


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