浅论复杂条件下地下采矿稳定性研究

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1、中国科学院武汉岩土力学研究所博士学位论文复杂条件下地下采矿稳定性研究姓名：陈从新申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：白世伟20031201摘要摘要本文以典型矿山——武钢金山店铁矿地下采矿为工程背景，采用工程地质分析、现场和室内试验、原位综合立体观测、理论分析和数值分析方法及工程类比法等多种手段和方法，对复杂条件下地下采矿稳定性进行了研究，探索了复杂条件下地下采矿稳定性的研究方法和相关的理论问题，解决了矿山的生产难题。主要研究成果为：l、弄清了粉矿巷变形破坏机理：由于施工中产生初次冒落和围岩与支护结构之间存在较大空隙，使顶部围岩产生松动冒落，冒

2、落体压在拱顶上，荷载转移到侧壁围岩，使其破坏，对侧墙产生侧压力。随着采矿的进行和时间推移，这一过程反复发生，从而造成上部围岩超高冒落，侧壁围岩不断挤压松动，在这种冒落和挤压作用下，巷道产生失稳破坏。2、探讨了支护形式和结构尺寸对粉矿巷道稳定性的影响：改直墙为曲墙，设拱底，增加墙厚，改善配筋能增加巷道的稳定性；锚杆对顶部围岩加固效果不明显，对侧墙围岩加固有一定效果，但要合理选择锚杆参数。3、提出了提高粉矿巷道稳定性的措施：改善施工方法，对粉砂状结构和粉块夹杂状结构粉矿采用管棚、注浆小导管等超前支护措施，使巷道不产生过大的初期冒落：对似块状结构粉矿改善

3、爆破参数，减少扰动，并及时喷射砼，进行初期支护；在支护结构与围岩之间用回填砼和注浆措施充填密实，不能产生初始空隙。4、针对松散体巷道围岩破坏冒落特征，采用极限平衡分析原理，建立了一种能反映巷道实际变形破坏特征，理论严密，形式简单的地压理论和地压公式。该理论全面反映了岩性、巷道埋深、巷道大小、侧压的影响，比传统理论更符合实际。该理论还能帮助设计工程师选择合理的洞室尺寸和有效的支护措施和施工方法，并能对洞室的浅埋与否给出了考虑岩性、洞室尺寸、侧压系数的定量判别式。5、阐明了金山店铁矿地下采矿岩层移动与地表变形的机理：上盘围岩变形主要在重力作用下造成了倾

4、倒和错落，起主导作用的因素是围岩结构面的空间组合展布状态与规模大小、矿岩的整体强度和变形特征、采矿的复杂条件下地下采矿稳定性研究推进顺序与速度和回填措施。下盘围岩由于强度高，结构较完整，围岩与矿体边界形成了稳定顺坡，因此，在地下采矿过程中，下盘围岩的变形和破坏仅局限在爆破和放矿破损层内，不会产生大范围的变形和破坏。这一规律对同类矿山有指导意义。6、提出了金山店铁矿地下采矿地表错动角和陷落角及有露天开采和回填条件下的极限开采深度，为金山店铁矿生产难题的解决和后续设计提供了依据。7、提出了由先进的观测手段组成的岩层移动与地表变形综合立体观测系统，对解决

5、复杂条件下地下采矿稳定性问题，是一种有效的手段，具有独创性和普遍应用意义。8、采用块体同步松驰离散单元法有效地解决了岩层移动与地表变形的计算问题。这种方法数学力学理论上合理，收敛速度快，是解决富含节理岩体的力学与工程问题的有效的数值计算方法。关键词稳定性地下采矿岩层移动地压粉矿巷道松散介质摘要ASTUDYOFSTABILITYOFUNDERGROUNDMININGINCON婶LEXCONDITIONSChencongxin(GeotechnicaIEngineerin曲DirectedbyProf．BaiShiweiAbastractThepres

6、entpaper,takingatypicalmine—JinshandianIronMineofWuhanSteelandIronCompanyasbackgroundensineering，adoptssuchmethodsasengineeringgeolo百calanalysis，fieldandlabtests，comprehensivein-situcubicobservation，theoreticalandnumericalanalysesandanalogueofprojectsetctomakestudiesofthestabi

7、lityofundergroundminingincomplexconditionsanddiscussestheresearchmethodandthecorrelatedtheoreticalaspectsforthestabilityproblemofthiskind．Themajorresultsareasfoflows：1．Makesclearthedeforrnationfailuremechanismofsiltmininggalleries．Theprimaryroofcollapseinconstructionandbiggapb

8、etweensurroundingrocksandsupportsresultinrelaxationandfailure