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基于地应力测量和分析的矿山安全开采技术研究

张艺晋  
【摘要】:近年来地下工程的兴旺发展,使得地应力的测量和研究越来越得到人们的认可和重视,在避免地应力对地下工程的危害的同时,如何正确合理利用地应力使其对地下工程的稳定性产生积极地作用,成为了现阶段的主要研究方向。 本论文在总结分析前人对地应力测量和形成机理的研究基础之上,对正交各向异性岩体的自重应力公式,构造应力的形成,地球自转角速度变化与地球板块边界的形成的关系、火山对其周边地应力的影响,地应力对采场稳定性的影响等进行了系统的研究。同时结合实际工程,对地应力作用下新立矿区渗流场模拟等方面进行了较为深入的研究: (1)假定岩石为正交各向异性弹性体,根据弹性力学知识推导出岩体的自重应力公式,同时进一步分析了构造应力的形成机理,并论证了地球板块边界形态是地球自转角速度变化的结果。在分析温度对地应力的影响过程中,根据弹性力学和热应力等相关知识,着重分析了火山对周边区域地应力的初始影响,最终推导出火山对周边区域地应力的关系公式。 (2)通过采用套孔应力解除法对新立矿区的地应力进行了测量,进而拟合出新立矿区地应力场的分布规律,并根据矿山地应力的测量结果提出了相应的安全管理建议。 (3)运用ANSYS有限元软件构建了新立矿山有限元模型,模拟和计算了有无地应力水平分力作用下的矿区应力分布和位移情况,对比发现:地应力水平分力对新立矿区围岩的稳定性具有积极地作用,能够增强岩体的抗压强度,减少岩体的竖向位移,且地应力水平分力在一定程度上降低了新立矿区矿房围岩的应力最大值。 (4)模拟计算有无地应力水平分力作用下的矿区渗流速度和水力压头的分布情况,对比发现:在地应力水平分力的挤压作用下,新立矿区采场围岩、矿房顶板和断裂蚀变带处岩石节理、裂隙的张裂情况减少,故而岩石的渗流速度得以降低,降低了矿山突水的可能性,且矿区地应力提高了矿区岩体和断裂蚀变带的岩石力学性能,使矿区的应力分布更为均匀,提高了矿区的稳定性和安全性。


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