充填开采安全深度与保安矿柱圈定研究

作     者：张文举 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：池秀文

授予年度：2017年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：安全深度 充填开采 等效采厚 保安矿柱 

摘      要：随着矿山开采向深部发展,充填开采法的广泛应用,原有的保安矿柱圈定方式存在一定的局限性,深部开采安全深度理论的提出为保安矿柱圈定提供新的依据。本文以压矿严重的三鑫矿桃花嘴矿区为研究对象,对充填开采条件下安全深度进行研究,采用理论分析、数学模型、数值模拟研究方法确定安全深度为矿山圈定保安矿柱提供理论依据和新的方法。主要完成了以下工作:(1)通过系统地分析研究三鑫矿地质资料、工程概况和生产状况,确定主要压矿量在桃花嘴-570m以下中段以及矿山充填技术条件,充填材料力学性质、矿岩参数。根据充填开采顶板下沉规律,建立充填开采等效采厚模型,利用固定梁理论得出等效采厚系数为0.2。(2)分析岩层移动规律证明安全深度的存在性,应用安全深度和移动角圈定井筒保安矿柱可以解放大量压矿。分析影响安全深度的主要因素,充填开采是控制安全深度最有效、最直接的方式。(3)采用概率积分法模型反演基于等效采厚模型的临界开采深度。提出安全深度的标志是冒裂带,并利用数学理论未确知聚类分析法和等效采厚模型优化的经验公式得出桃花嘴矿区-570m中段开采的冒裂带高度。临界开采深度结合冒裂带高度,确定-570m中段开采安全深度范围为-458m427m。(4)采用数值模拟方法对-470m420m中段保安矿柱开采进行分析,验证之前确定安全深度的合理性,通过分析开采时塑性区分布、顶板下沉量变化、井筒的位移和应力变化,进一步确定安全深度范围为-442m438m。-442m水平以下矿体进入安全开采深度阶段,以-442m水平为上边界圈定下部矿体的保安矿柱,可以减少大量压矿,提高矿山经济效益。