深部開采高階段尾砂充填體力學與非線性優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、充填體力學是隨著充填采礦技術(shù)發(fā)展而形成的一門新型學科。VCR采礦法與高階段嗣后充填工藝相結(jié)合，擴大了充填采礦技術(shù)的應用領(lǐng)域，在深部厚大礦床安全高效開采具有廣闊的應用前景，同時也為充填體力學增加了新的研究內(nèi)容。目前由于對高階段充填體力學機理及其相關(guān)理論缺乏系統(tǒng)的研究，高階段充填設(shè)計大都采用經(jīng)驗法或經(jīng)驗類比法，往往造成不必要的水泥浪費或充填體強度達不到工程實際要求。為此，有必要根據(jù)深部高階段充填工藝特征，建立高階段充填體力學模型，開展降低成

2、本的優(yōu)化設(shè)計研究，以實現(xiàn)深部資源安全高效開采。本文主要研究內(nèi)容如下： 對尾砂膠結(jié)充填體進行了力學試驗，建立了不同配比膠結(jié)充填體損傷本構(gòu)方程，分析了不同配比充填體力學特性與能量釋放規(guī)律。根據(jù)充填體損傷本構(gòu)模型，從巖體開挖釋放能量與充填體峰值應力變形能相近的原則探討了充填體與深部巖體的合理匹配，并確定了冬瓜山礦床深部開采所要求的充填體強度，論證了安慶銅礦深部礦體采用最小充填配比1：12是可行的。 為實現(xiàn)深部開采高質(zhì)量充填，用

3、分形理論研究了分級尾砂級配。通過對大量尾砂充填礦山的試驗數(shù)據(jù)分析，建立了分級尾砂強度與水泥含量、濃度、孔隙分維數(shù)及分維數(shù)相關(guān)率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從大量研究數(shù)據(jù)中揭示了尾砂級配與其強度的內(nèi)在規(guī)律。研究結(jié)果表明，分級尾砂顆粒間孔隙分維數(shù)減小，充填體強度增高；尾砂分維數(shù)相關(guān)性越好，充填體強度越高。根據(jù)尾砂級配模型，用混沌優(yōu)化方法研究了使充填體達到最佳強度的選礦尾砂合理分級。該模型與理論應用于安慶銅礦選礦尾砂分級設(shè)計，不僅提高了充填體強度，而且增

4、加了尾砂使用率，節(jié)約了充填成本。 針對高階段嗣后充填工藝特點，分析了深部開采圍巖對充填體的力學作用，建立了高階段分層充填體力學計算模型，研究了充填體可暴露任意高度的力學條件，并用分形樹和重整化群方法建立了深部開采充填體強度模型?；谏畈块_采的復雜性和充填體強度的不確定性，根據(jù)所建立的高階段充填體力學模型，用可靠性理論和博弈樹方法，成功解決了高階段充填體配比優(yōu)化難題。該研究方法應用于安慶銅礦5號礦房充填配比優(yōu)化，取得了良好的效果。