极破碎厚大矿体采场稳定性分析及结构参数优化研究

作     者：宋宇峰 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵康

授予年度：2022年

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

主      题：岩体力学参数 采矿方法 数值模拟 层次分析法 采场结构参数 采场稳定性 

摘      要：极破碎厚大金属矿体的开采一直是困扰着矿山安全、高效开采的技术难题,本文以国家自然科学基金项目(编号:51764013)为依托,以河南某金属矿山极破碎厚大难采矿体为工程背景,以矿山的地质资料为基础,结合室内岩石力学试验参数和现场调研情况,为了解决该矿山的开采技术难题,进行了相关研究和探索。首先通过Hoke-Brown强度准则等方法对得出的室内岩石力学参数进行折减处理,确定了岩体力学参数;然后利用FLAC3D软件对初步确定的方案进行数值模拟分析,确定出采场稳定的方案;其次采用层次分析法(AHP)与模糊数学法构建优选模型,根据最大隶属度来确定最优采矿方法;再次利用FLAC3D数值模拟对设计出的采场结构参数方案进行模拟分析,来确定出最优采场结构参数。通过以上试验研究和分析得出了以下研究结果:(1)通过开展室内岩石力学试验,得到了斜长角闪岩、混合花岗岩以及矿岩三种岩样在自然状态下的单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、岩石质量指标RQD值以及岩体完整性系数Kv值。利用Hoke-Brown强度准则等方法将岩石力学参数折减处理为岩体力学参数。通过计算结构面条件因子和岩体体积节理数来确定出GSI值,最终确定出钼矿岩GSI值为20,斜长角闪岩GSI值为53,混合花岗岩GSI值为32,最后通过计算,得出合理的岩体力学参数,为后续的研究提供依据。(2)根据矿山的地质工程情况,矿岩特性与赋存情况,结合类似矿山的开采经验,初选出无底柱分段崩落法、自然崩落法、上向分层进路充填法和下向分层进路充填法四种采矿方法。采用犀牛建模软件(Rhino7)根据矿岩的赋存情况建立合理的理论模型,通过griddle插件进行网格划分,利用FLAC3D数值模拟对4种采矿方法的采场进行稳定性分析,选取出合适的方案,初步断定崩落法稳定性存在问题,不适合采用。再利用层次分析法(AHP)和模糊数学法对前几种方法的影响因素构建理论模型,确定出最大隶属度,其中四种方法的隶属度分别是无底柱分段崩落法为0.4773、自然崩落法为0.5614、上向分层进路充填法为0.4081、以及下向分层进路充填法为0.7198,因此选择下向分层进路充填法为该难采矿体的最优采矿方法。(3)根据选出的最优采矿方法,结合相关的工程经验来确定结构参数,设计出宽度范围为2～5m,高度范围为2～5m的多种采场结构参数方案,利用FLAC3D模拟软件对以上方案进行模拟。最终根据模拟结果,确定出宽度为2m,高度为2m的模拟方案为最优采场结构参数,根据选出的结构参数,初步设计出该方案的采准切割工程量与矿块中各矿量所占的比例,得出同时回采的采场数为4个,因此采场的年生产能力为155520t/a,根据此生产能力确定出每小时所需充填料浆的体积为16.96m/h。人工假顶底层采用灰砂比为1:6,浓度72%的尾砂胶结充填体,上部采用灰砂比为1:10,浓度65%的充填体。本文的研究成果对该矿山极破碎难采矿体的安全、高效开采设计提供科学有益的参考依据。