多層緩傾斜薄--中厚礦床復雜采動采場結構穩(wěn)定性研究.pdf

1、傳統(tǒng)的逐層開采方式制約了多層緩傾斜薄-中厚礦床的安全、高效、經(jīng)濟開采，而多層條帶開采能有效提高開采效率。條帶礦柱作為緩傾斜空區(qū)頂板主要支撐體，其壓縮破壞和強度特征，以及在復雜采動過程中的不同采場結構受力特征是多層條帶開采時判別采場結構穩(wěn)定性的關鍵科學問題。采用巖石力學試驗、理論分析、數(shù)值模擬試驗和物理相似模擬試驗等研究手段，系統(tǒng)研究了多層緩傾斜薄-中厚礦床復雜采動采場結構穩(wěn)定性問題。
　　(1)針對多層緩傾斜薄-中厚礦床“多層”和

2、“中厚”的礦體賦存特征，分別開發(fā)了多層條帶開采嗣后充填法和條帶分層充填法。構建了基于區(qū)間數(shù)多心態(tài)排序的采礦方法評價模型，實現(xiàn)了在不同風險偏好條件下對采礦工程中區(qū)間數(shù)的排序。應用該模型對某典型多層緩傾斜薄-中厚礦床進行了采礦方法評價研究，確定了最優(yōu)的多層條帶開采嗣后充填法。
　　(2)采用單軸和三軸壓縮試驗，分析了層理面傾角對層狀巖體壓縮破壞形式及其強度特征的影響，以及不同層理面強度緩傾斜層狀巖體的不同壓縮破壞形式特征。基于PFC數(shù)

3、值模擬，從細觀層面揭示了折線型“斜臺階”狀破斷面、單剪切斜面及X型剪切斜面等三種不同層理面強度緩傾斜層狀巖體不同壓縮破壞形式的形成機理。重點關注了弱層理面緩傾斜層狀巖體折線型“斜臺階”狀的破壞形式，基于Mohr-Coulomb準則和斷裂力學理論，推導出折線型“斜臺階”狀破斷面中的層理面間完整巖體破斷角解析式，建立了緩傾斜層狀巖體“斜臺階”狀破壞判據(jù)。
　　(3)采用有效區(qū)域理論，分析了緩傾斜礦床多層條帶開采的應力轉移演化規(guī)律;并用

4、數(shù)值模擬方法研究了單面和雙面臨空礦石礦柱的集中應力分布特征;基于能量平衡原理建立了空區(qū)頂板卸壓高度計算式;構建了單面和雙面臨空充填體礦柱及復雜采動巖梁頂板的分布應力彈性力學求解模型。研究結果揭示了多層條帶開采過程中復雜采場結構的受力特征。
　　(4)采用數(shù)值模擬和物理相似模擬試驗方法，系統(tǒng)分析了動態(tài)開采過程中的空區(qū)頂板、礦石礦柱、充填體礦柱及上覆巖體的應力場和位移場變化規(guī)律，揭示了多層條帶開采兩步驟回采過程中非連續(xù)小卸壓區(qū)域向連續(xù)