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缓倾斜采空场处理方案的数值模拟研究

缓倾斜采空场处理方案的数值模拟研究

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作者：孔建武汉大学

学位级别：硕士

采空场(区)处理是我国普遍存在的采矿技术难题，开展空场处理研究，发展经济合理、技术可行、简便适用的空场处理方法，即迫在眉睫，又具有重大的社会、经济意义和学术研究价值。本文根据木架山的具体条件，提出了应用切顶与矿柱崩落联... 详细信息

采空场(区)处理是我国普遍存在的采矿技术难题，开展空场处理研究，发展经济合理、技术可行、简便适用的空场处理方法，即迫在眉睫，又具有重大的社会、经济意义和学术研究价值。本文根据木架山的具体条件，提出了应用切顶与矿柱崩落联合法进行木架山采空场处理。主要研究工作和结论如下： (1) 根据综述和理论分析，提出了切顶与矿柱崩落法，该方法的要点是：利用天然断层等大型弱面或爆破切断顶板，并崩倒悬臂极限跨度内的矿柱，或者直接崩倒顶板极限跨度内的矿柱，使顶板自然冒落。 (2) 开展了室内岩石力学参数试验，提出了数值模拟研究所需要的岩体力学参数;(3) 应用三维ANSYS有限元程序研究了顶板极限跨度、悬臂状态下的顶板极限跨度和切顶深度。研究表明，应用102m的极限跨度(南部取102m，北部不稳定顶板极限跨度取66m)，76.5m的悬臂极限跨度和8～11m的切顶垂直深度，可以确保白云岩顶板自然塌落： (4) 应用三维ANSYS有限元程序研究了切顶与矿柱崩落前后顶板的应力分布状态和岩体移动情况。研究表明，采空场(区)处理可以确保顶板在短期内自然冒落，从而消除顶板冲击地压隐患，并成功堵塞非法开采通道，地表岩体移动量不明显，不会影响后续矿体的安全开采;(5) 采用EPSCA3D水力耦合有限元程序研究了考虑双场耦合条件下切顶与矿柱崩落前后顶板的应力分布状态和岩体移动情况。研究表明：采空场(区)处理可确保顶板在短期内自然冒落;考虑地下水作用时，采空场(区)处理之后的顶板岩体移动量将会减少，采空场(区)处理不会影响后续矿体的安全开采。 (6) 通过EPSCA3D水力耦合有限元程序分析表明：采空场地下渗流对空场处理的影响，与岩体的渗透性以及矿体赋存的地质环境(如隔水层的位置与倾角等)有关。地下水在空区深部表现为一种压力，而对地下水位上部岩体表现为一种浮力，而且可能还会使采空场处理后围岩岩体发生了松散、软化等复杂变化。本文从解决工程实际问题出发，为木架山采空场处理的工程实践提供了一套科学的实施方案和技术参数，对采空场处理前后的围岩稳定性作了科学评价。同时，在采空场处理研究领域，首次运用渗流应力耦合理论分析了地下渗流对采空场处理的影响，为深入开展采空场处理研究发挥了重要作用。

关键词：采空场处理切顶矿柱崩落有限元分析渗流应力耦合

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