淘锡坑钨矿采空区稳定性研究

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急倾斜薄矿脉钨矿体的地下开采通常会遗留下大量的采空区,若得不到及时处理空区有可能会威胁到矿山的安全生产。因此,采空区的稳定性分析和治理措施尤为重要。本文以淘锡坑地压研究为背景,以采空区稳定性为研究对象,在查阅、整理相关资料的基础上,通过现场监测、理论分析和ANSYS、FLAC3D软件进行空区数值模拟对空区稳定性进行综合的研究分析。主要研究内容及结论如下:(1)通过矿山提供所需的基本资料和本人现场调查数据进行收集、整理,对所遗留的采空区群的分布状况、空区规模、空区形状、几何参数进行整理归纳。掌握矿区的第一手资料,为下一步工作做铺垫。(2)矿岩物理力学参数测定。通过学校岩石室内试验,对矿区主要的两种岩性进行试验(石英岩、变质砂岩),分别得出两种岩性的必要的参数值如抗压强度、抗拉强度、弹性模量等。再通过弹性波、M.Georgi法以及经验折减法等对岩体力学的参数进行工程化处理,得出矿区岩体的力学参数,为后续数值模拟提供可靠岩体力学参数。(3)根据空区赋存工程背景,进行采空区稳定性的理论分析。对空区的矿柱、顶板进行理论分析,并构建构造应力型空区顶板岩层及矿柱结构力学模型,通过分析计算得出数值。结果表明采场顶板极限宽度为10.67m,采场顶板发生破坏的极限长跨度为41.6m,以及间柱最佳安全宽度值为3.5m。(4)现场空区监测。在156m、106m中段利用光弹应力计、断面巷道收敛仪、多点位移计对现场矿柱、围岩进行应力、位移监测。结果表明,局部空区存在应力集中区,有明显的地压活动,但基本保持在一个稳定范围内,短期不会出现大面积沉降及空区破坏。(5)根据数值模拟分析各中段空区地压分布规律。利用AUTOCAD和有限元ANSYS软件建立三维模型,通过FLAC3D软件对各中段空区矿柱、顶板、上下盘围岩及空区围岩进行应力、位移、剪切、塑性区以及安全度分析得出空区地压的分布规律。结果表明,随着开采深度延伸,各应力、位移、塑性区有明显的递增趋势,在156m、106m中段除有部分区域有明显的地压活动,大部分空区都处于基本稳定状态,特别从安全度云图上看,矿柱出现部分岩石屈服现象,有可以会发生剪切破坏。(6)利用FLAC3D软件模拟尾沙充填空区。通过对空区充填前后云图结果相对比,表明空区充填后应力值有显著的下降趋势,空区变形得到有效的控制,这对矿山实际采空区处理提供可靠依据。
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