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| 安沟钼矿露天转地下境界顶柱参数设计及其稳定性分析 摘 要 矿产分布区并非是单一的处于浅表层，对深埋地下的矿产进行开采时，继续使用露天挖掘的方式，工程量繁重也不现实，对于此类矿产的开采，往往需要转入到地下作业，而为保证工程进行的连续性，往往需要开展露天-地下联合作业。为保证地下作业工人的安全，往往需要在矿坑底部和矿房顶层中心位置结合的地方预留一定厚度的境界顶柱，境界顶柱留的太薄，容易造成塌陷，对地下生产人员的生命造成威胁；如果留的太厚，容易造成浪费，降低矿石回收率。境界顶柱参数优化是一个复杂问题，不仅要考虑顶柱的厚度还要考虑开采顺序等一系列因素，目前国内还没有形成统一的对境界顶柱相关参数确定的方法。本文以安沟钼矿露天转地下开采为工程背景，运用数值模拟和遗传算法建立进化数值模拟，得出境界顶柱的优化参数，并且采用极限平衡法对境界顶柱的稳定性进行分析。 本文的研究内容主要包含以下几个方面： （1）系统介绍了安沟钼矿的工程地质条件、水文地质条件和安沟钼矿Ⅰ号矿体的矿体空间分布特征、矿体特征以及矿体连接依据等，最后介绍了矿区Ⅰ号矿体露天转地下的开采方案，为后续工作奠定基础。 （2）通过对矿山地质资料和现场地质条件的调查结果，基于RMR分类法和GSI分类法对矿区岩体进行质量分级得出矿区岩体的质量等级，再依据Hoek-Brown准则，对岩体力学进行折减处理得出适合模拟使用的矿区岩体力学参数。 （3）本文以安沟钼矿的露天转地下作业为实例，针对其境界顶柱预留问题的优化进行分析，本次采用遗传算法和三维数值模拟相互补充的方式，对本次境界顶柱的预留方案进行进化数值迭代和三维模拟分析，最后得出境界顶柱的优化方案，为境界顶柱的预留问题提供参数指标和优化的方式步骤。 （4）建立了境界顶柱的力学模型分析了其可能存在的破坏模式，采用工程类比法和极限平衡法对安沟钼矿Ⅰ号矿体安全顶柱的稳定性进行了分析。 关键字：露天转地下；境界顶柱；数值模拟；遗传算法；稳定性分析 目 录 摘 要 1 Abstract 2 目 录 4 第一章 绪论 6 1.1 工程背景 6 1.2 研究目的及意义 8 1.3 国内外研究现状及发展趋势 9 1.3.1 露天转地下开采的特点 10 1.3.2 境界顶柱厚度的研究现状 10 1.4 论文主要研究内容 12 第二章 工程地质与矿体特征 13 2.1 工程地质条件 13 2.2 水文地质条件 16 2.3 安沟钼矿矿体特征 18 2.3.1 矿体空间分布特征 18 2.3.2 矿体特征 18 2.2.3 矿体连接的依据 19 2.4 本章小结 21 第三章 安沟钼矿露天转地下开采方案 22 3.1 安沟钼矿Ⅰ号矿体露天转地下主要开采方案 22 3.1.1分段凿岩阶段矿房采矿法 22 3.1.2 浅孔留矿法 23 3.2 岩石力学参数工程处理 25 3.2.1 岩石力学参数工程处理的途径与内容 25 3.2.2 基于RMR分级法和GSI分级法的岩体质量评价 26 3.3 力学参数 29 3.3.1 单轴抗压强度与抗拉强度 29 3.3.2 变形模量 31 3.3.3 剪切强度参数 32 3.3.4 岩石力学参数结果汇总 34 3.4 本章小结 35 第四章 基于进化数值模拟的境界顶柱参数设计 36 4.1 遗传算法简介 36 4.1.1 遗传算法的特点 36 4.1.2 遗传算法的运行过程 37 4.2 有限元概述 39 4.2.1 ANSYS软件简介 39 4.2.2 计算程序及方法 42 4.2.3 材料模型破坏准则 42 4.3 境界顶柱的进化数值模拟 44 4.3.1 境界顶柱参数优化的数学描述与评价方法 44 4.3.2 境界顶柱参数优化的进化数值模拟步骤 45 4.3.3 安沟钼矿Ⅰ号矿体露天转地下境界顶柱进化数值模拟优化 46 4.4 本章小结 52 第五章 境界顶柱稳定性分析 53 5.1 影响境界顶柱稳定性的因素 53 5.2 境界顶柱潜在破坏模型 54 5.3 境界顶柱的力学模型讨论 55 5.3.1 境界顶柱的力学模型 55 5.3.2 境界顶柱模型的力学分析 57 5.4 境界顶柱的稳定性的工程类比研究 60 5.5 摩尔库伦极限平衡解析 62 5.6 本章小结 62 第六章 结论与展望 63 6.1 结论 63 6.2 展望 63 参考文献 65 致 谢 68 |
