风化与循环爆破协同作用下铝土矿采空区群失稳及控制研究

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作者沈彬彬
来源华南理工大学
出版年2021
摘要
采空区稳定是地下矿山安全开采的基本条件。由于铝土矿赋存环境特点,采空区群岩体极易发生风化损伤问题。爆破作业是主要的破岩方式,随着工作面的不断推进,相邻采场爆破应力波将对采空区群稳定性产生影响,长期累计损伤作用,将危及矿柱和顶板稳定性,诱发空区群垮塌,引发地表塌陷。因此开展风化与循环爆破协同作用下铝土矿采空区群失稳及控制研究,减少矿山工程灾害事故发生概率,具有十分重要的研究意义。论文以某地下铝土矿山采空区群作为研究对象,在现场调研的基础上,系统分析了采空区群岩体风化损伤因素,基于结构动力学、损伤力学、非线性理论,构建风化损伤采空区群的力学模型,揭示采空区群岩体在受到风化损伤、节理损伤、循环爆破作用下采空区群失稳机制,提出采空区群失稳控制措施。论文主要工作如下:(1)实地调研铝土矿采空区群岩体的风化损伤、节理裂隙分布、爆破损伤情况,分析采空区群岩体的劣化损伤形式,研究劣化形式对采空区群稳定性的影响。(2)构建采空区群缺陷条带矿柱结构力学分析模型,基于能量耗散原理,考虑内部裂纹松动圈的影响,给出单次爆破采空区群临界爆破荷载数学表达式,揭示单次爆破诱发自然风化采空区群失稳机制,探讨缺陷条带矿柱尺寸及裂纹松动圈宽度等因素对采空区群稳定性的影响。(3)构建铝土矿采空区群结构模型,建立采空区群位移函数,引入爆破应力波作用损伤因子Dn,表征爆破荷载作用下对岩体的损伤作用,根据矿柱、顶板应力位移数据,研判采空区群稳定状态,揭示循环爆破累积损伤诱发采空区群失稳机制,研究爆破同当量同爆源频次n与采空区群稳定性的关系。(4)结合采空区群的现场实地调研结果和动力失稳分析结果,从爆破单段药量控制、微差时间控制和废石充填三个方面进行采空区群失稳控制分析研究,提出采空区群失稳控制措施。论文研究成果将为地下铝土矿安全开采提供理论支撑,有助于提高矿山本质安全水平。

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