巖鹽水溶開(kāi)采沉陷機(jī)理及預(yù)測(cè)模型研究.pdf

1、巖鹽水溶開(kāi)采沉陷具有很大的危害。它與巷采沉陷相比具有很多獨(dú)特之處，巷采沉陷的理論和方法不能直接應(yīng)用于水溶開(kāi)采沉陷。因此，本文針對(duì)巖鹽水溶開(kāi)采的實(shí)際特點(diǎn)，主要做了以下幾個(gè)方面的研究工作： 1)對(duì)礦物開(kāi)采引起的上覆巖層移動(dòng)、變形和破壞的一般規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)、歸納和研究。分析了水溶開(kāi)采沉陷的特點(diǎn)和難點(diǎn)，為進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。 2)應(yīng)用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，研究了巖鹽水溶開(kāi)采過(guò)程中上覆巖層移動(dòng)、變形和破壞規(guī)律；上覆巖層損傷演化過(guò)程及

2、規(guī)律；開(kāi)采沉陷的層面效應(yīng)及分層特性；開(kāi)采沉陷巖層破碎巖體尺寸特征等內(nèi)容。 3)現(xiàn)有數(shù)值分析軟件，在開(kāi)采沉陷數(shù)值模擬方面有許多不足之處。因此，本文充分利用目前有限元理論的最新研究成果，開(kāi)發(fā)出了能夠模擬巖鹽水溶開(kāi)采沉陷的有限元專(zhuān)用軟件。 4)使用有限元數(shù)值模擬方法，對(duì)巖鹽水溶開(kāi)采沉陷進(jìn)行了系統(tǒng)研究。建立了6種開(kāi)采模型，分別研究了開(kāi)采沉陷的層面效應(yīng)、角度效應(yīng)、斷層效應(yīng)、單溶腔開(kāi)采沉陷規(guī)律、多溶腔開(kāi)采沉陷規(guī)律以及開(kāi)采沉陷疊加原理

3、等內(nèi)容。 5)在以上研究基礎(chǔ)上，充分借鑒巷采沉陷預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)和方法，建立適用于巖鹽水溶開(kāi)采沉陷的三維預(yù)測(cè)模型，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算軟件。 通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的研究，獲得了以下一些主要成果： 1)水溶開(kāi)采與巷采在開(kāi)采推進(jìn)方向、采空區(qū)形狀、采空區(qū)形狀控制、預(yù)留礦柱的難易程度、水對(duì)上覆巖層的影響、采深和采厚等方面具有很大的差異。巖鹽水溶開(kāi)采沉陷的影響因素更多、預(yù)測(cè)更難、控制更復(fù)雜。巷采沉陷的預(yù)測(cè)方式和方法不能直接應(yīng)用于水溶開(kāi)采

4、沉陷。 2)獲得了巖鹽水溶開(kāi)采沉陷的一般規(guī)律，得到了巖層宏觀損傷演化規(guī)律及方程。 3)開(kāi)采沉陷的層理、斷層、角度效應(yīng)十分明顯。巖層的層狀結(jié)構(gòu)決定了它在開(kāi)采沉陷過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的分層特性。 4)巖層的破壞尺寸與巖層強(qiáng)度有關(guān)，可以通過(guò)巖層的物理力學(xué)參數(shù)求解主要影響半徑。 5)本文開(kāi)發(fā)的有限元專(zhuān)用軟件中，構(gòu)建了非線性接觸單元，可以模擬層理面、裂隙及斷層等不連續(xù)面；在分析過(guò)程中引入了損傷變量和單元破壞判斷條件，

5、可以分析巖體的損傷破壞過(guò)程；采用刪除破碎單元和彈性加載的方法，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采沉陷中破碎巖體的模擬。 6)得到了開(kāi)采沉陷地表變形疊加公式，并驗(yàn)證了疊加原理的正確性。多溶腔開(kāi)采的地表變形可以用單溶腔開(kāi)采的地表變形曲線疊加得到。 7)在唯象學(xué)理論中引入力學(xué)因素，考慮了巖層因裂隙、斷層、節(jié)理而造成的各向異性情況，引入了rx、ry、bx、by等參數(shù)；并針對(duì)任意積分區(qū)域，推導(dǎo)出了能夠適用于巖鹽水溶開(kāi)采全向推進(jìn)和非規(guī)則采空區(qū)的開(kāi)采沉陷新概