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缓倾斜中厚矿体房柱法开采覆岩层移动规律研究及采场结构优化

刘杰  
【摘要】:缓倾斜中厚矿体采用普通房柱法进行地下开采时,地下采空区产生的围岩应力场的变化波及地表,引起地表沉降、造成地表环境破坏、甚至造成人员伤亡,因此研究其上覆岩层移动具有重要的理论意义和实用价值。本文采用岩石力学实验,现场监测,理论分析与数值模拟相结合的方法,对瓮福磷矿磨坊矿段II号矿体采空区上覆岩层移动进行研究。主要工作有如下几项: 1)通过室内岩石力学实验,得到了顶底板白云岩和磷矿石的抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度,在室内试验数据的基础上,通过工程处理,得到相关岩体力学参数。 2)对各个钻孔监测数据进行分析得出位于采空区正上方的岩层产生较大的下沉位移,而且到监测后期受到采矿活动的影响采空区会产生破坏;靠近采空区边缘的岩层下沉位移呈总体增大趋势,但较前者小;远离采空区岩层,上覆岩层的下沉位移较小,变形速度随采矿活动进行趋于稳定。 3)将空区直接顶板简化成四边固支矩形薄板,基于薄板变形的变形方程计算房柱法采矿顶板与地表下沉值,对5号井2号钻孔处的采空区顶板沉降进行了计算。同时分析了房柱法开采空区破坏形式。 4)利用Flac~(3D)软件对原开采活动进行模拟,与监测数据以及就算数据相对比研究采空区上覆岩层移动的一般规律和采空区破坏趋势及形式。 5)利用Flac~(3D)软件对采场的结构参数进行优化,得到房柱法采空区上覆岩层移动的一般规律,同时得出了不同上覆岩层厚度情况下的最优采场参数,如下所示:40米覆岩下,矿房跨度为10m,矿柱直径为3.4m,矿房暴露面积为90.92m~2;60米覆岩下,矿房跨度为12m,矿柱直径为4.4m,矿房暴露面积为128.80m~2。80米覆岩下,矿房跨度为12m,矿柱直径为4.5m,矿房暴露面积为125.91m~2。


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