罗茨铁矿尾矿干堆下卧柔性垫层设计研究

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1、罗茨铁矿尾矿干堆下卧柔性垫层设计研究罗茨铁矿尾矿干堆下卧柔性垫层设计研究随着我国经济的高速发展，对矿产资源需求巨大,浅部资源逐渐枯竭，许多露天矿山都转入地下开采。尾矿库容积不足、新建尾矿库征地困难是大部分露天转地下开采矿山面临的两大难题。这导致有些矿山为扩大库容而加大尾矿库坝体高度，带来一定的安全隐患。有些矿山随意排放尾矿,造成河流淤积，环境污染严重。而废弃的露天采空区，由于和地下采场的空间位置关系，出于安全角度目前还没有得到很好的开发利用。本文以罗茨铁矿露天采空区尾矿干堆项目为研究背景，昆明理工大学侯克鹏教授开创性的

2、提出在露天坑底和尾矿干堆体之间设置“整体柔性、局部刚性”钢筋混凝土柔性垫层技术处置方案，旨在探索废弃露天采空区开发利用新途径。论文进行了一下几方面的工作：(1)通过室内放矿试验验证了设置柔性垫层的可行性；(2)结合微观与经验判别该尾矿干堆体振动液化的可能性较小；(3)结合“土拱理论”的研究成果，提出了在柔性垫层上堆排尾矿，柔性垫层最大受力为两倍拱跨高度的尾矿堆重；(4)建立了柔性垫层随废石放出耦合位移的力学运动模型,并提出钢绞线的受力公式和钢绞线选取方法；(5)运用PFC2D数值软件标定出底板受力为两倍拱跨高度堆载荷载

3、的散体微观参数；(6)运用PFC2D数值模拟软件，再现了松散介质在自然沉降的过程中,在高度上孔隙率呈现W型变化，分段产生“拱效应”，底板受力规律与室内试验和土拱理论相一致；(7)通过PFC2D数值软件验证了柔性垫层随尾矿、废石运动的力学模型和配筋的正确性,正确设置柔性垫层能起到隔离尾矿干堆体和废石的作用；(8)当延伸铺设柔性垫层时，提出了钢绞线的规格应随延伸尺寸相应增大的解决方案。摘要5~6Abstract6-l0第一章绪论10-141.1课题背景及研究意义101.2国内外研究现状10-121・1.1尾矿干堆研究现状1

4、0-111・2.2露天采空区堆排尾矿研究现状111.2.3柔性垫层研究现状11-121.3研究的内容及方法12-141・2.1研究的主要内容12-131.3.2研究的方法和技术路线13-14第二章工程地质概况14-192.1矿区地质、水文情况简介14-152.1.1矿区地质142.1.2矿区水文情况14-152.2开釆现状15-192.2.1矿山开采现状15-162.2.2露天采空区边坡及防排水现状16-172.2.3露天采空区底部现状17-19第三章尾矿及垫层室内试验研究19-343.1柔性垫层可行性试验研究19-2

5、23.1.1试验方案19-203.1.2试验结果及分析20-223.2土工试验22-283.1.1尾矿粒径级配试验22-233.2.2直剪试验23-263.2.3界限含水率试验263.2.4振动液化判别26-283.3摩擦系数试验28-292.4底板受力试验29-333.1.1试验方案29-303.1.2试验结果及分析30-323.4.3结论32-333.5本章小结33-34第四章柔性垫层设计34-453.1土拱理论34-374.1.1土拱理论研究现状34-354.1.2拱形及拱体的几何参数35-374.2柔性垫层受力

6、模型37-414.2.1土条理论374.2.2力学模型的建立及计算37-414.3局部刚性配筋设计41-433.4整体柔性验算434.5本章小结43-45第五章颗粒流计算理论45-524.1颗粒流方法的基本思想45-465.1.1颗粒流方法的基本假设455.1.2颗粒流方法的特点45-465.2颗粒流的基本原理46-472.3颗粒流物理参数的确定475.1.1时步的确定475.3.2阻尼的选取475.4颗粒流PFC2D接触本构关系47-505.2.1接触刚度模型48-495.1.2滑动模型495.2.3粘结模型49-5

7、03.5体系稳定性判别50-515.2.1收敛标准505.5.2根据速度曲线判断50-515.5.3根据位移曲线判断515.6本章小结51-52第六章离散元PFC2D数值模拟分析52-794.1模型细微观参数的标定52-596.1.1松散介质自然沉降微观标定流程52-546.1.2微观参数标定数值模拟54-592.2底板分段受力规律研究59-602.3底板移动受力规律研究60-621.4柔性垫层数值模拟62-776.4.1数值模拟方案设计62-636.4.2参数选取63-646.4.3柔性垫层参数研究64-736.4.

8、4延伸铺设柔性垫层参数研究73-776.4.5数值模拟误差分析776.5露天采空区干堆尾矿对地下采场稳定性分析77-781.6工程处置措施786.7本章小结78-79第七章总结与展望79-812.1主要结论797.2存在的问题及展望79-81致谢81-82参考文献82-87附录A（攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目）87-88