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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

韩斌  
【摘要】:我国三大资源综合利用基地之一的金川镍矿,是国内最大的镍、钴、铂族等有色金属生产基地,由于金川镍矿处于高地应力区,埋藏深,岩体破碎,开采条件极差,所采用的下向进路胶结充填采矿法充填体的稳定性和1#矿体回采地压控制问题一直是金川镍矿开采过程中所面临的难题。 作者结合金川二矿区工程实际,应用现代可靠度理论和岩石力学理论,将现场监测、工程地质调查、理论分析、数值模拟及相似材料模拟等多种方法有机地结合起来,对二矿区回采最基本单元——单个进路充填体稳定性,以及1#矿体回采的地压控制问题进行了系统研究,主要完成了下述工作: 首次将可靠度理论应用于下向进路承载层稳定性的研究,建立了下向进路力学模型,分析了其应力分布规律,在深入探索承载层失稳破坏机理的基础上,提出将承载层稳定性可靠度指标作为评价充填体稳定性的新概念,建立了基于可靠度理论的下向进路充填体稳定性评价方法。 揭示了充填成本与承载层厚度及其强度、进路宽度、承载层稳定性之间的内在联系,提出了基于可靠度理论的下向进路胶结充填技术经济分析方法,建立了金川二矿区充填体稳定性可靠概率在90%条件下充填成本与进路宽度、承载层厚度、充填体强度之间的关系方程,并提出了进一步降低二矿区充填成本的工程技术措施。 突破了确定下向进路胶结充填采矿法充填体强度的传统模式,在考虑了充填体力学性质、进路宽度、所受载荷、充填工艺等各因素随机性的基础上,提出了基于可靠度理论的充填体强度确定新方法,丰富和完善了充填体强度确定理论。并将该方法应用于金川二矿区废石料胶结充填采矿工艺中。 根据下向进路承载层失稳主控因素的分析结果,结合现场实际,提出了二矿区盘区内部回采顺序优化的方法,同时采用三维非线性有限差分数值计算(FLAC3D),对上、下分层进路布置方式进行了研究,得出了采用上、下进路交错布置方式更有利于改善充填体中的应力分布、控制充填体及围岩移动的结论。 采用二维非线性有限差分数值计算(FLAC2D)和大型相似材料模拟实验,对1#矿体六种可行的回采顺序进行了优化研究,结果表明,从1#矿体一端向另一端逐步过度的回采方式为最佳回采顺序。根据数值模拟与相似材料模拟所得结论,对二矿区“十·五”及“十一·五”生产进度规划和今后850m水平开采的回采顺序提出了具体建议。 采用二维非线性有限差分数值模拟、大型相似材料模拟实验及现场工程地质调查等多种方法,对二矿区水平矿柱开采的稳定性进行了研究,揭示了水平矿柱、充填体及围岩在整个开采过程中的动态地压分布规律,探明了水平矿柱、充填体及围岩在开采过程中的


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