采空区预留矿柱与充填位置优化理论及工程应用.pdf

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1、摘要地下矿山回采后遗留下的采空区威胁着矿山安全开采，为此必须对其进行有效处理，本文主要针对单一采空区的矿柱的最优支护位置和复杂采空区群的充填位置进行研究，并将研究成果应用于工程实际。研究成果为类似采空区处理提供了借鉴意义。本文主要研究内容及结果如下。（1）通过对岩石变形破坏过程中能量耗散、能量释放与岩石强度和整体破坏的内在联系进行分析，在岩体整体破坏受控于可释放应变能的基础上结合最小变形能原理，提出了确定单一采空区预留矿柱位置的最小变形能优化方法，即围岩—矿柱系统变形能越小预留矿柱位置越佳。（2）对采空区在围岩岩性一致及不一致的情况进行了数值

2、模拟，模拟结果表明，采空区围岩岩性一致时通过顶板节点的最大位移值确定的最优预留矿柱位置和使用最小变形能确定的最优矿柱位置结果一致；而采空区围岩岩性不一致的条件下，依靠顶板最大位移只能评价采空区部分区域的稳定性情况，不能评价采空区的整体稳定性，而考察系统变形能的大小对采空区整体稳定性进行评价效果更好，借此得到的预留矿柱位置更优。进一步对最小变形能对应最优预留矿柱位置的方法进行了验证，即变形能最小时矿柱的预留位置最优。（3）在上述变形能确定矿柱位置方法的基础上，通过数值模拟对悦洋金矿采空区不同中段预留矿柱下系统的整体变形能进行计算，分析得到94m

3、中段矿柱对维护采空区整体稳定性起关键作用，应留作永久矿柱。另外，相似模拟试验表明，94m中段受到最大水平拉应力且该中段顶板在上覆荷载不断增大的情况下最先出现破坏，进一步验证了上述结果的正确性。（4）对于复杂采空区群，首先，对基于关系矩阵与模糊数学的采空区稳定性系数的影响因素进行了改进，加入了其它采空区对研究采空区的影响，使计算结果更适合于采空区群的静态稳定性分析；其次，对于现场监测数据，计算了基于矿柱强度和平均应力的矿柱安全系数，并得到了应力增量；最后，融合复杂采空区群的采空区稳定性系数、矿柱安全系数和应力增量三项指标，建立了采空区群处理方案

4、的模糊推理系统。将上述方法运用于悦洋银矿复杂采空区群的处理工程中，计算得到了各采空区的稳定性系数、监测矿柱的安全系数和应力增量，并运用采空区群处理方案的模糊推理系统得到了各采空区的处理系数，最终确定了各采空区的处理方法。关键词：最小变形能；矿柱；采空区群；模糊推理系统；地压监测；采空区稳定性IAbstractThegoafleavedafterminingattheundergroundminethreatenminesafety.Thereforeeffectivetreatmentmustcarryonit.Optimalsupporti

5、ngpositionofpillarofsinglegoafandfillingpositionofcomplexgoafsaremainlyresearchedinthispaper.Andtheresultusedintheengineeringpractice.Alsotheresearchresulthasprovidedwithreferencetothesimilarmine.Mainlyresearchcontentandtheresultsinthispaperareasfollows:First,theinnerlinkof

6、theenergydissipation,energyrelease,rockstrengthandtheoveralldestructionintheprocessofrockdeformationareanalyzed.Theoptimizationmethodofminimumdeformationenergyofsinglegoafreservedpillarisconfirmedbasedontheoveralldestructionofrockiscontrolledbyreleasestrainenergyandcombined

7、withtheminimumdeformationprinciple.Namely,destructionenergyofsurroundingrock-pillarsystemissmaller,reservedpillarpositionismorebeautiful.Second,simulatingtothegoafundertherockcharacterofsurroundingrockisconsistentandnotconsistentsituation.Simulationresultsshowthat:whenthego

8、afsurroundingrock-rockcharacterisconsistent,theoptimalreservedpillarpositionensure