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毛坪铅锌矿下向水平分层充填体强度模型与应用

张涛  
【摘要】:对于下向分层充填采矿法,回采作业的安全与否,关键在于采场充填体顶板的稳定程度。而充填体假顶的稳定性,是由上下分层采场的布置方式、采场进路的回采顺序、充填体强度、充填质量以及采场应力变化等因素的共同作用所决定的。但采场稳定性的主要决定因素还是决定于充填体强度,充填体强度的确定是决定矿山安全、合理,低成本采矿的主要决定因素。因此,本文以确定下向水平分层充填体强度为本次研究的目标,综合应用弹性力学理论、结构力学三弯矩理论以及数值模拟分析法,主要的研究内容和结论如下:(1)运用结构理论中的三弯矩方程,分析了下向水平分层进路在不同跨度下充填体顶板内弯矩和剪应力的分布,得出适当的增加回采进路的跨度和充填体承载层的厚度以及上下相邻分层进路采用垂直交错布置的方式,更加有利于加强充填体假顶的稳定性。(2)将矩形回采进路分别简化为简支梁、薄板力学模型,分析了充填体承载层内部的受力特点;确定了矩形进路在受不同均布荷载条件下,不同承载层厚度所需要的抗拉强度。(3)利用RFPA2D数值模软件,分析得出了矩形进路两帮为原岩、进路一帮为原岩,一帮为充填体以及进路两侧均为充填体三种不同结构条件下的充填体顶板破坏过程;分析了假顶在以上三种进路侧帮结构在现有充填体强度下,充填体所能承受的极限抗压强度。同时分析得出了六角形进路所能承受的极限抗压强度,比较得出了六角形断面在抗压和限制竖向位移的能力要优于矩形断面。(4)利用Mohr-Coulomb屈服条件的安全系数的定义,确定了下向水平分层充填体矩形、六角形断面进路在极限应力条件和实际应力条件下充填体的安全系数。应用安全系数法,进而得出了下向水平分层充填体所需的充填体强度。通过本文的研究,进一步丰富了充填体稳定性分析充填体强度确定的思路,为应用下向分层充填采矿法的矿山,在进行充填体强度设计时提供了理论依据和科学指导。同时,确定合理的充填体强度,可以为矿山减少不必要的水泥添加量,进而降低充填成本,具有重要的研究意义。


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