浅谈地下开采空间稳定性分析、控制与结构参数优化研究

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1、Y811633工学硕士学位论文地下开采空间稳定性分析、控制与结构参数优化研究贺俊征青岛理工大学二零零五年六月青岛理工大学工学硕士学位论史摘要数值模拟方法在研究地下开采围岩稳定性方面具有十分明显的优势，已经日益成为稳定性定量评价中不可或缺的重要方法。本文以某铁矿提高开采上限对地下空问稳定性影响为研究背景，在阐述各种围岩稳定性分析理论的基础上，利用2000KN微机伺服控制刚性多功能试验机，对现场所采岩土体及充填控制材料试样进行了大量实验，分析得出了其物理力学指标的变化规律。采用弹塑性应力一应变关系和Drucker—Prager屈服准则建立了三维有限元模型，并通过大型有

2、限元软件ANSYS对影响矿体开采空阔稳定性的诸函素进行了正交有限元分析，得出了影响空间稳定性的主要因素。在此基础上，对不同顶板厚度范围内的矿体开采稳定性、合理的开采方法与稳定性控制方法进行了系统的数值模拟，得出了顶板厚度等与矿体开采方法、参数之间的内在关系，研究成果已被现场采用。主要研究工作如下：1、基于现场获得的岩土体试件，尾矿和细水泥或者425”水泥在不同配比条件下制成的充填体试件，通过室内单轴试验、三轴试验、抗拉试验和直剪试验，系统分析了采区岩土体与胶结充填体的物理力学指标，为采用数值模拟方法进行空间稳定性分析及控制提供了可靠的计算参数；2、基于正交有限元，

3、选用5因素4水平的正交试验方案，根据正交试验设计极差分析法，提出了以顶板最大下沉量、顶板最大拉应力和顶板塑性区相对面积3个综合指标作为判断围岩稳定性的标准，比单一指标更加准确；3、在上述极差分析的基础上，重新安排正交有限元试验，利用多元线性回归分析，建立了在极限状态下矿体的顶板厚度与矿体开采结构参数之间的多元线性回归方程模型，并对此模型进行了检验，证实了建立的模型是适用的；4、基于以上分析，结合工程实例，在综合考虑房柱法及充填法采矿的经济比较和顶板厚度对采场结构参数要求的基础上，给出了在顶板不同厚度情况下矿体开采的开采方法和合理结构参数，关键词：地下工程，围岩稳定

4、性，正交有限元，数值模拟，多元线性回归分析一要些堡三查兰三兰堡主堂垡堡塞AbstractThenumericalsimulationanalysisismoreandmoreimportantinthestudyofsurroundingrockmassstabilityoftheundergroundexcavation，Relatingcloselytothemainproblemsoftheundergroundexcavationstabilityinfluencedbyheighteningironmineralupperlimit，thispaperg

5、ivesaparticulardescriptionoftheoriesonstabilityofsurroundingrockmasses．Therockandsoilsamplesobtainedonspotareexperimentedbytheelectro-hydraulicservo··controlledmachine，andtheirphysicsandmechanicscharacteristicsarededuced．Theentirenumericalmodelis3D—straintypewithelastic—plasticconstit

6、utivelawandDrucker-Pragerfailurecriterion。MainfactorsinfluencingmineralbodyexcavationarestudiedbyorthogonalfiniteelementsimulationonANSYS．Inthispapertheminingstability,reasonableminingmethodsandcontrolmethodsofstabilityarestudiedbysystemicnumericalsimulation，andtheinherentrelationship

7、sbetweenthemareobtalnedatthedifferenttockcovers．111emainWOrksofthethesisarelistedasfollow：1．Reliedontheunconfinedcompressivetest,triaxialtest，tensiletestandsheartest，thephysicsandmechanicscharacteristicsofrocksoilandbackfillingarestudied．Thebackfillingismadeindifferentproportionofgang

8、ueand