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金川二矿区地下采场和采准工程力学稳定性研究

王丽娟  
【摘要】: 金川镍矿规模巨大,在国民经济建设中处于战略地位。在金川二矿区,近年来深部的双中段回采形成了水平矿柱和保安矿柱。地压显现明显,巷道工程变形破坏严重,支护困难,特别是1178分段的巷道,变形量大,速度快。面对越来越严峻的采矿形势,急需开展对矿区地下工程的力学研究和稳定性评价。 本论文以金川公司委托给兰州大学的重大科技攻关项目“金川二矿区1150中段水平矿柱回采前后应力场分布规律及安全评估”为依托,在调研矿区地应力场测量数据、区域地质构造背景、主要活动断裂的分布、矿岩和围岩力学性质、二矿区采矿过程和未来采矿计划、采准工程建设与布置、以及地下巷道和支护变形破坏状况的基础上,应用弹塑性力学和岩石力学的基本理论,借助于有限元模拟,研究了采矿过程中围岩、水平矿柱和保安矿柱的受力状态及其相互作用,评价了1150中段水平矿柱上盘围岩中巷道工程的稳定性,对矿区下一步的回采安排提供了建议。成果已被矿区采用,成为保证安全生产和持续发展的重要决策依据之一。主要成果包括以下几方面: 1、建立了真三维有限元模型,将金川矿山力学稳定性分析的有限元模拟精确到了逐年模拟开采的水平。 2、利用ANSYS软件结合自编程序代码,准确模拟了矿区保持竖向梯度的原岩三维地应力场。 3、利用三维有限元计算,结合弹塑性力学原理,对水平矿柱、保安矿柱的稳定性和采矿安全性进行了分析评价,认为水平矿柱、保安矿柱2004年已开始进入塑性变形阶段,可在适当时候回采。 4、用有限元模拟了矿区提供的多个回采预案,认为调整已进入塑性状态的水平矿柱之上各盘区的回采顺序不能明显改变水平矿柱、保安矿柱和工程布置区的受力状态,建议二矿区不必改变现有采矿方案。 5、揭示了断层和岩体节理面的产状、地应力场局域性变化规律和巷道走向等对巷道稳定性的影响。 6、发现了采空区与巷道间相互影响的临界距离现象,提出了考虑孔间耦合作用的巷道设计理念。


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