深部缓倾斜薄矿体采场结构参数优化及采动沉陷特性研究

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建筑物下的深部缓倾斜薄矿体回采,常因采场结构参数及回采顺序的不合理而出现大规模地压活动,引发地表出现严重的沉陷变形,不得不弃采大量矿体造成资源损失,因此基于合理的采场结构参数及回采顺序的采矿方案设计在这类矿体的回采中显得尤为重要。华锡集团铜坑矿区的锌铜矿体埋深大,呈缓倾斜薄矿体特征,处于矿区的工业广场及办公区下方,本文在现场工程地质调查及室内岩石力学实验的基础上,应用理论计算及数值模拟试验相结合的方式,优化出合理的采场结构参数及回采顺序,综合规模化、无废害开采技术提出了采矿方案,并对开采引发的地表沉陷特性规律进行了研究。主要内容有:(1)开展了现场工程地质调查工作,掌握了矿体周边围岩的地质特征,并通过室内岩石力学实验获取了矿石力学参数。(2)对采场岩体工程的破坏判据进行了阐述,综合了目前常用的岩石强度理论、容许极限位移量判据、塑性区判据,提出了采场岩体工程破坏判据。(3)构建了数值模型计算采场的极限暴露面积,结合Mathew理论,计算得出了锌铜矿体的采场极限暴露面积为900m2。构建了数值模型优化采场的结构参数及回采顺序,结果显示:在采场沿倾向长度40m,走向宽度22.5m,矿柱宽度6m,回采顺序沿走向由一端至另一端推进,沿倾向由低至高的回采方案为最优方案。(4)结合规模化开采技术及无废害开采技术,提出了适用于具有埋深大、缓倾斜薄矿特征的矿床开采新方案。(5)运用概率积分法及有限元软件ANSYS,对开采锌铜矿体引发的地表沉陷规律进行了研究,结果表明锌铜矿体的开采将使得地表出现一个比采空区大的多的沉陷区域,其最大沉陷位移、最大水平位移点均出现在采空区中心的正上方,最大倾斜变形点出现在采空区边界上方的地表处。对比我国建筑物的破坏(保护)标准,评价出锌铜矿体的规模化开采不会造成地表建筑物的损害。
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