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第1章 绪论1

1.1矿山情况简介1

1.2矿床开采技术条件1

1.2.1矿山资源与特征1

1.2.2矿区主要构造2

1.2.3矿区地应力3

1.2.4矿岩条件与特征3

1.3采矿方法演化与发展4

1.3.1龙首矿采矿方法试验4

1.3.2二矿区采矿方法试验5

1.3.3金川镍矿开采存在的问题7

1.4二矿区1号矿体二期回采方案与实施8

1.4.1二期工程回采方案8

1.4.2二矿区二期工程开采现状8

1.4.3二矿区深部开采面临的主要问题11

1.5采场地压控制技术攻关成果概述14

1.5.1采矿方法选择与工艺优化14

1.5.2大面积开采稳定性优化控制技术研究15

1.5.3水平矿柱回采地压与岩移控制技术研究16

1.6采场地压控制技术综合研究概述17

1.6.1复杂矿山工程地质研究总结18

1.6.2大面积连续开采技术研究总结19

1.6.3水平矿柱稳定性分析与控制技术20

1.6.4采矿稳定性分析与失稳预测研究20

1.6.5充填法采矿岩移规律与预测研究21

1.6.6竖井工程稳定性控制技术研究22

1.6.7深部矿体大面积连续开采技术问题22

1.7本章小结23

第2章 采矿方法选择与地压控制分析24

2.1矿床开采特点与采矿设计要求24

2.1.1矿山工程地质条件24

2.1.2矿区构造应力24

2.1.3矿床规模与储量24

2.1.4矿床开采的指导原则24

2.1.5采矿方法选择的基本要求25

2.2采矿方法的选择与可行性分析25

2.2.1充填采矿法25

2.2.2自然崩落采矿法26

2.3下向分层充填采矿法和稳定性27

2.3.1概述27

2.3.2单阶段回采过程数值模拟29

2.3.3多阶段回采过程数值模拟33

2.4上向分层充填采矿法和贫矿影响分析35

2.4.1数值模拟的工况与计算参数35

2.4.2数值模拟结果与分析35

2.5阶段嗣后充填采矿法与稳定性38

2.5.1概述38

2.5.2采场侧壁和充填体的稳定性39

2.5.3分条参数44

2.5.4回采顺序和回采方向45

2.5.5盘区矿柱的稳定性分析46

2.5.6主要结论与建议47

2.6回采方案与采场稳定性51

2.6.1厚大矿体开采的岩石力学问题51

2.6.2留间隔矿柱回采方案与应力分析51

2.6.3无矿柱连续开采的安全对策55

2.6.4无矿柱连续开采地压规律与充填力学效应56

2.7本章小结62

第3章 下向高进路连续开采稳定性分析与工艺优化64

3.1矿山地质条件与矿岩体参数64

3.1.1矿山地质与地应力64

3.1.2采矿方法简介与采场结构参数64

3.1.3基本假设与破坏系数定义65

3.2高进路下向胶结充填采矿数值模拟与稳定性分析66

3.2.1进路稳定性随采充深度的变化67

3.2.2混凝土假顶随采充深度的变化68

3.2.3盘区稳定性随采充深度的变化71

3.2.4小结75

3.3采矿工艺顺序优化分析与决策76

3.3.1可行待选回采顺序技术方案76

3.3.2方案优化方法与力学判据79

3.3.3不同回采方案的优化决策79

3.3.4回采顺序的优化决策83

3.4本章小结84

第4章 下向胶结充填大面积开采现场监测与稳定性分析86

4.1概述86

4.2大面积充填采场充填作用机理的监测与分析86

4.2.1研究工作86

4.2.2现场观测设计与仪器布设87

4.2.3观测数据分析与主要结果88

4.2.4充填体作用机理探讨99

4.3大面积充填采场稳定性数值分析与综合评价100

4.3.1有限元分析的数值模型建立100

4.3.2有限元数值分析结果102

4.3.3小结105

4.4本章小结106

4.4.1实际观测结果与结论106

4.4.2有限元数值模拟结果与结论107

4.4.3实测数据与数值分析结果对比107

4.4.4现场宏观调查分析108

4.4.5小结109

第5章 二期工程大面积连续胶结充填采场稳定性控制110

5.1概述110

5.2大面积连续充填采场稳定性监测与分析111

5.2.1监测方案设计与仪器埋设111

5.2.2现场观测数据与处理118

5.2.3小结132

5.3大面积连续充填法开采稳定性三维有限元分析134

5.3.1概述134

5.3.2大面积充填开采有限元数值模型134

5.3.3三维有限元数值计算结果与分析138

5.3.4平面有限元数值模拟结果与分析148

5.3.5小结150

5.4大面积连续充填法开采稳定性三维离散元分析151

5.4.1概述151

5.4.2矿山地质与模型建立152

5.4.3回采顺序离散单元模拟161

5.4.4数值模拟结果与分析168

5.4.5分析结果与主要结论192

5.5大面积连续充填采场巷道稳定性数值模拟194

5.5.1概述194

5.5.2数值分析方法与考虑的问题194

5.5.3采准巷道稳定性数值分析196

5.5.4小结203

5.6本章小结203

第6章 二期大面积开采系统分析与方案优化205

6.1概述205

6.2二期工程采场稳定性影响因素分析206

6.2.1二矿区1号矿体开采技术条件与回采方案206

6.2.2二矿区1号矿体二期开采设计策略206

6.2.3二矿区1号矿体开采影响因素207

6.3大面积连续开采系统分析与评价方法209

6.3.1采矿工程特点与系统评价方法209

6.3.2采场整体失稳与评价指标210

6.3.3进路局部失稳与评价指标212

6.3.4连续开采采矿系统分析方法212

6.4基于正交数值分析的回采方案评价214

6.4.1正交试验设计方法与步骤215

6.4.2采场稳定性正交数值试验设计216

6.4.3采场系统稳定性评价指标221

6.4.4采场稳定性评价指标和回采方案评价227

6.4.5采场水平矿柱稳定性影响因素分析238

6.4.6开采过程地压显现的影响因素分析242

6.4.7开采过程地表岩移影响因素分析244

6.5本章小结246

第7章 二期工程大面积采场稳定性分析与风险评估248

7.1大面积采场稳定性影响因素与破坏模式248

7.1.1采场整体稳定性影响因素248

7.1.2连续开采潜在整体失稳模式249

7.2构造块体的稳定性分析与风险评估251

7.2.1分析方法与技术路线251

7.2.2二矿区1号矿体断裂构造与力学特性251

7.2.3大面积采场块体稳定性分析与风险评估252

7.3采场能量释放失稳模式分析与风险评估257

7.3.1采矿过程能量转化与释放理论分析257

7.3.2基于数值分析的采矿能量释放率计算262

7.3.3不同评价指标的采矿稳定性分析与风险评估268

7.3.4大面积采场整体稳定性可靠性与灾变风险分析272

7.4水平矿柱压杆失稳稳定性分析与风险评价273

7.4.1问题的提出273

7.4.2基于弹性地基梁理论的灾变失稳分析273

7.4.3水平矿柱稳定性分析与失稳风险评估281

7.5水平矿柱回采前后应力场变化规律与安全评估285

7.5.1水平矿柱破坏数值模拟与破坏准则285

7.5.2第一方案数值模拟结果与安全评估287

7.5.3第二方案数值模拟结果与安全评估292

7.5.4第三方案数值模拟结果与安全评估298

7.5.5第四方案数值模拟结果与安全评估303

7.5.6小结309

7.6保安矿柱稳定性分析与回采可行性评价309

7.6.1保安矿柱分析的目的与方法309

7.6.2保安矿柱的稳定性数值分析311

7.6.3保安矿柱的压杆失稳模式分析319

7.6.4保安矿柱稳定性的综合评价321

7.7多中段采场地压及两柱回采安全性分析321

7.7.1概述321

7.7.2水平矿柱灾变失稳分析与预测322

7.7.3水平矿柱变形破裂的数值模拟研究324

7.7.4水平矿柱的地质调查与探测326

7.7.5垂直矿柱地质调查和变形监测328

7.7.6二期工程多中段开采风险评估330

7.8多中段连续开采数值模拟与矿柱稳定性分析331

7.8.1概述331

7.8.2矿体纵剖面二维数值稳定性分析333

7.8.3垂直于矿体走向14行剖面二维数值模拟341

7.8.4垂直于矿体走向16行剖面二维数值模拟346

7.8.5垂直于矿体走向20行剖面二维数值模拟349

7.8.6二矿区14行、16行和20行数值模拟综合分析352

7.8.7多中段大面积连续开采三维数值模拟352

7.8.8小结369

7.9本章小结370

第8章 二矿区胶结充填法开采岩移监测与评价372

8.1概述372

8.2地表裂缝现场调查与分析373

8.2.1地裂缝分布与延深特征373

8.2.2地裂缝变化的监测与分析375

8.2.3地表以下不同深度的岩体位移376

8.3采场上覆充填体特性及其稳定性分析378

8.3.1充填体的形态与体积378

8.3.2充填体结构与长期强度379

8.3.3充填体变形特征380

8.4金川矿区地表岩移GPS观测与岩移规律分析381

8.4.1二矿区2001～2002年地表变形监测结果381

8.4.2二矿区2003～2004年地表变形监测结果388

8.4.3金川矿区地表岩移规律与采空区的关系396

8.5二矿区地表裂缝的深部扩展状态监测403

8.5.1地表裂缝探测方法简述403

8.5.2地裂缝探测结果与分析404

8.6本章小结409

第9章 结束语412

参考文献415