特殊围岩房柱应力与变形规律及合理结构参数的研究

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房柱采矿法具有建井工期短、投资少、适用于较复杂地质条件等优点,其结构参数的研究是一个很重要的课题,结构参数不合理会导致采场失稳而发生灾变等问题。在煤矿、石膏矿等常规矿体中,房柱开采的研究较多,而对特殊矿体中房柱的应力、变形以及结构参数的研究很少,没有可以借鉴的经验。  本文以一个特殊矿体采矿工程为依托,通过理论分析、数值模拟等手段,结合松动圈和压力拱理论,对采矿房柱的应力和变形规律进行了深入研究,根据采空区房柱的应力和变形特点,提出了特殊矿体采场的合理房柱结构参数建议,具体研究内容包括以下几个方面:  (1)通过数值模拟,分析了在特殊矿体房柱法开采时采场的应力与变形规律,可知矿房的开挖只对同一排房柱的稳定性影响较大,中间房柱的稳定性最差。  (2)采用正交试验安排,通过数值模拟分析了埋深、矿房宽度、矿房高度以及矿房长度影响因素对房柱稳定性的影响。分析可知矿房顶板沉降与四个因素均相关,矿房顶部松动圈厚度主要取决于矿房宽度,矿柱竖向应力集中系数主要取决于矿房高度和宽度,并得到了各影响因素的回归公式。  (3)采用数值模拟,通过松动圈稳定性评价标准和矿柱破坏机理,分析了不同间排距下矿房顶部松动圈厚度和矿柱应力的变化规律,进而提出了合理矿房间距为7m、排距为6m的建议。并通过分析采场总矿房数量的变化对房柱稳定性的影响可知:采场总矿房数量的变化对矿柱稳定性影响较大,对矿房稳定性影响较小。  (4)进一步分析了双层房柱采空区的应力与变形规律,提出了矿柱为完全重叠、一半重叠、不重叠时对应的合理隔层厚度值分别为8m、10m、14m的建议。并分析了矿柱重叠率对采空区稳定性的影响,可知矿柱重叠率越高,采空区越稳定。在此基础上,又分析了多层房柱的应力和变形特点,得到最底层房柱稳定性最差的结论。  (5)根据研究所得的结论,提出了某一特殊矿体的合理采场结构参数建议。
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