豆子沟铁矿充填参数确定与西风井稳定性研究

作     者：王强 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱景平

授予年度：2020年

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

主      题：充填体力学 保安矿柱优化 临界散体柱 嗣后充填 风井稳定性 

摘      要：宽城建龙矿业豆子沟铁矿为始建于1992年的露天转地下矿山。目前+150m、+90m、+30m中段矿房已回采完毕,出矿能力主要依赖回收+90m以上水平顶板和间柱的矿量。开采过程中,+150m、+90m、+30m中段采用浅孔留矿法进行,为解决空区处理和矿柱回收问题,采用了放顶爆破的方法,造成一定程度的地表塌陷,也使得矿柱回收过程中损失贫化比较严重。尾矿库目前剩余库容约为97万m3,按照目前尾砂排放速度服务年限不足3年。针对豆子沟铁矿尾砂堆积、资源回收以及地压控制等问题,需对原有采空区进行充填处理,对深部矿体采用嗣后胶结充填法进行回采。随着采深增加,原西风井将处于移动范围内,需要分析研究+90m水平至地表的废石充填采空区、+90m至-30m水平尾砂胶结充填采空区以及-30m至-90m水平充填开采对西风井的影响,论证其稳定性,研究其是否可以延用。针对实际工程情况,本文利用豆子沟铁矿全尾砂进行胶结充填室内试验,探究灰砂比、料浆浓度、养护龄期以及粉煤灰掺量对充填料浆流动性和充填体力学性能的影响,研究上述因素对充填体性能影响的敏感度。通过工程类比法以及充填体-围岩相互力学作用模型确定灰砂比、浓度等充填参数,并研究充填体对改善采场应力分布、维护采场和围岩的稳定性以及控制地表沉陷等方面的作用机理。研究散体侧压力对西风井稳定性的影响,分析临界散体柱理论作用机理及在实际工程中的作用。结合豆子沟铁矿地表塌陷情况,计算临界散体柱深度、上盘塌落角,对西风井保安矿柱重新圈定。研究和计算散体侧压力系数,探究其对岩移控制等方面的作用。基于数值模拟软件FLAC3D,建立I-1、I-2、I-3、I-4四条矿体模型,模拟+90m水平废石充填及+90m至-90m水平胶结充填过程,研究充填开采过程中应力分布、围岩位移以及塑性区分布情况。研究开采过程中西风井稳定性,分析和验证-150m水平深部矿体开采的可行性和安全性。