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采动结构参数优化设计及可靠度分析

董蕾

  对于进行地下开采的矿山,确定合理的采场结构参数是矿山安全高效生产的决定性因素,也是采矿设计工作中常碰到的问题。在确定具体的工程设计参数时,需要进行多方案的分析比较,分析不同参数时的影响规律,综合采用多种途径来确定合理的参数。本文以三山岛金矿新立矿区矿块结构参数设计为工程背景,在对矿区工程地质概况进行详细分析的基础上,综合运用力学分析方法、数值模拟计算软件和可靠度分析方法,对设计的一组采场结构要素进行分析,综合研究不同采场结构参数下采场和围岩的应力应变分布状态,以确定合理的采场结构参数,主要完成了下述工作: (1)开展详细的工程地质调查,获得了包括地应力分布规律、节理裂隙以及工程地质岩组及其参数等资料,并以此为基础从力学分析的角度初步确定采场结构参数的范围。 (2)考虑分步开挖的动态效应,利用ANSYS有限元分析软件首先对一种开采顺序下的矿房开采过程进行模拟,通过对回采过程中不同开采工况的应力应变变化的比较分析,确定最危险的回采工况,采场参数优化选取这一回采过程中的关键步骤进行研究,以使分析得到的采场结构参数能够满足这一关键回采步的采场结构稳定性要求。 (3)建立三维地质力学模型,模拟计算参数选取3组不同点柱截面尺寸和4组点柱间距交叉组合共12组不同采场结构尺寸,分别计算不同结构参数时的顶板和矿柱的应力应变分布状况。通过对12组模拟计算结果的分析,综合考虑开采技术条件和经济两个方面,初步选取其中5组作为可能的合理的采场结构参数。 (4)对数值模拟分析选取的采场结构参数进行可靠性评价,重点分析点柱这一重要结构要素的可靠度,建立矿柱极限状态的隐式功能函数,该函数考虑了与矿柱强度有密切联系的三个因素,即矿柱岩体强度的随机性、矿柱形状和尺寸以及岩体材料的随机性。根据可靠度分析计算得到的可靠度概率和失效概率,并综合考虑到开采技术条件和经济等方面的要求,最终选取可靠度较为理想、损失贫化率且施工条件较合理的参数为矿柱截面尺寸为4m×4m,矿柱间距为12m。……   
[关键词]:采场结构参数;力学分析;数值模拟;结构稳定性;随机可靠度
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中南大学2010年