露天转地下开采人工境界矿柱稳定性研究

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2、rementsofthedegreeofDoCTOROFPmLOSoPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybySunLinlinSupervisor：ProfessorYouChun—anCollegeofCivilEngineeringandArchitectureApril，2014万方数据明本人呈交给山东科技大学的这篇博士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。

3、博士生签名：≥O、砂林幽扯博士生签名：名l】、懈坳L日AFFIRMATIoN期：动心易．阳Ideclarethatthisdissertation，submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofDoctorofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge．Thedocumenthasnotbeens

4、ubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute．Signature：Date：阳、懈抓如但6．即士且、万方数据山东科技大学博士学位论文摘要我国的经济正蓬勃发展，对资源要求急剧增加，采矿业是支柱产业之一。一般矿山首先采用露天开采，随着开采深度的不断增加，露天开采已经不适合矿山生产的要求，越来越多的露天矿山将转入地下开采，归来庄金矿是其中之一。归来庄金矿经过近20年的生产，形成了东西长600m，南北宽350m，坑深170m的露天坑。在露天开采结束时，地下开

5、采系统尚未形成，而露天开采范围内资源不足，本文综合采用理论分析、力学计算、数值模拟与现场监测的方法，研究采用人工境界矿柱替代天然矿柱的可靠性及关键技术。首次提出提前开采露天转地下开采的境界矿柱，并用钢筋混凝土回填，形成地下开采的人工顶柱的大胆设想。实现了归来庄矿业公司露天转地下开采的顺利过渡，并为山东境内黄金矿山及其他类似矿山，提供一种有效的矿柱回采方案。本文主要研究成果如下：1．对归来庄金矿矿区的工程地质条件进行了较为详尽的勘察，获得矿区岩层形态及结构面分布特征，同时进行了现场原位和室内岩石物理力学试验研

6、究，通过归纳、类比方法，确定了岩石的物理、力学参数，为后续的理论计算及数值模拟分析提供参考依据。2．创新地提出人工境界矿柱的露天转地下开采方案，结构形式为钢筋混凝土假顶和低标号混凝土充填体复合结构，在露天坑底的矿体中采用进路回采并随即充填的人工境界矿柱形成方法，将对边坡稳定性的影响降到最低。提前回收境界矿柱资源，解决矿山露天转地下开采资源和产量接替问题，保证了露天转地下开采的平稳过渡。3．详细地进行了人工境界矿柱结构及参数设计，采用进路式回采工艺，通过分步开挖，与上下盘围岩形成完整的嵌入式人工境界矿柱，提高

7、了整体稳定性。具体内容包括人工境界矿柱范围、人工境界矿柱结构、人工境界矿柱的形成、充填单元间钢筋的连接、充填单元间的混凝土界面处理、狭窄矿体区域人工境界矿柱结构、人工境界矿柱底部隔离层。沟槽角砾岩坡面采用金属网临时支护，金属网采用管缝式锚杆及钢筋带固定。4．提出了人工境界矿柱参数的计算理论和力学模型，建立了境界矿柱的弹性地基梁力学模型，得到地基梁的应力分布，以．50m进路开采为例，考虑最不利的工况，进行有限元数值模拟，验证人工境界矿柱的稳定性。5．运用ANSYS软件、结合强度折减法，分别对人工境界矿柱形成前

8、，人工境界矿柱形成过程中和人工境界矿柱形成后的边坡进行数值模拟。计算表明，当设计及参数选万方数据山东科技大学博士学位论文捅要用合理时，采用人工境界矿柱对边坡稳定性的影响不大，为露天转地下开采的人工境界矿柱法提供科学依据。6．通过有限元分析，探讨露天转入地下开采后不同的采矿方法对上覆边坡及人工境界矿柱的影响，模拟结果表明，在人工境界矿柱的保护下，两种回采方式都使得边坡的安全系数有所提高，建议采用优化的隔二采一的回采