铁矿床采空区充填治理效果分析方法研究课件.ppt

1、铁矿床采空区充填治理效果分析方法研究铁矿床采空区充填治理效果分析方法研究f f汇报内容：汇报内容：项目背景 研究内容 研究成果 创新点 训练效果明德博学明德博学 勤奋求实勤奋求实某矿山于2005开工建设，2006年建成投产，主要开采Fe23号矿体。矿山有2条竖井开采矿体，截止2010年已开采346m、323m和303m三个中段，采矿方法属空场法，运输巷道布置在脉内，采高15m左右，顶柱高10m左右，矿区已经形成了6.866万立方米的采空区，地表有村宾馆、活动中心、公园、办公室、铁路等建构筑物，且大部分处于采空区陷落带内，如果采用隔离法处理采空区，空区随着时间的增加会引起覆岩塌陷，导致地表移动，

2、最终影响到地表建构筑的稳定，给附近居民造成灾难性的后果，严重威胁人民生命财产安全，影响社会和谐稳定。项目背景项目背景采用崩落法处理采空区，地表建构筑物不但会直接毁坏，而且处理大面积的采空区施工组织困难，同时爆破产生地震波，会对地表周台子村的建筑物产生影响，容易引发安全事故和民事纠纷。综上所述，采空区处理方案不能采用隔离法和崩落法处理采空区，只能采用充填法处理采空区，充填法处理采空区有干式充填和湿式充填，为了确保地表建筑和井筒安全可靠，选择全尾砂胶结充填采空区处理方案。项目背景项目背景项目背景项目背景 研究内容研究内容工程背景研究工程背景研究空区治理效果模型建立空区治理效果模型建立空区治理效果分

3、析空区治理效果分析结论结论充填体稳定性评价充填体稳定性评价地表变形控制效果分析地表变形控制效果分析采空区充填体稳定性分析采空区充填体稳定性分析滞留采空区治理效果分析模型滞留采空区治理效果分析模型 采用大型有限元模拟软件对矿区开采过程采空区与地表沉降过程进行了三维仿真模拟。矿区三维实体网格模拟如图1所示，采出矿体网格模拟如图2所示。模型长600m，宽300m，高210m，148679个单元。模拟步骤为，首先进行了原岩应力计算，其次为分步开挖形成地下采空区，计算时共分三步开挖形成现状空区，然后自下而上分次充填。围岩计算参数根据地质详查报告选取，力学参数见下表：研究内容研究内容矿体三维网格示意图矿体

4、三维网格示意图：研究内容研究内容治理效果分析治理效果分析：滞留采空区充填体稳定性分析滞留采空区充填体稳定性分析提取了空区充填后，充填体的位移和最大主应力、最小主应力云图。研究内容研究内容最大主应力云图研究内容研究内容最小主应力云图研究内容研究内容x 方向位移云图研究内容研究内容y 方向位移云图研究内容研究内容z 方向位移云图研究内容研究内容xyz 方向位移云图结果分析结果分析：充填体的水平方向位移主要是在围岩作用下产生的，由充填体的侧帮向中心运动，位移值变化较小，范围在2.65.4cm以内。垂直方向空区大的采场充填体位移值较大，范围在1925cm以内。充填体最大主应力均为压应力，范围在0.19

5、0.45MPa以内，充填体最小主应力均为压应力，范围在0.140.50MPa以内，均小于充填体的抗压强度值。研究内容研究内容充填体稳定性评价充填体稳定性评价 基于安全系数法对充填体稳定性进行评价，Mohr-Coulomb 屈服条件的岩体破坏安全系数：（1）对充填体布设监测点，提取其主应力，运用Mohr-Coulomb准则对监测点进行了安全系数分析。研究内容研究内容2sin2cos3131cFs充填体监测点布置如图所示：提取充填体监测点的主应力值，根据公式(1)进行计算可得出不同水平充填体监测点的安全系数。一水平监测点布置二水平监测点布置三水平监测点布置研究内容研究内容测点测点最大主应力最大主应

6、力最小主应力最小主应力安全系数安全系数1-0.090-0.3663.3862-0.121-0.2995.3353-0.139-0.2419.5124-0.120-0.2577.1115-0.209-0.3526.1616-0.087-0.2824.9767-0.135-0.2766.7768-0.178-0.2997.6179-0.241-0.3309.90210-0.216-0.3297.94711-0.261-0.3956.30412-0.209-0.3984.56513-0.255-0.4444.35514-0.158-0.2658.87215-0.248-0.3925.90316-0.

7、300-0.5413.13417-0.129-0.3394.43018-0.218-0.3705.765研究内容研究内容第一水平监测点安全系数研究内容研究内容测点测点最大主应力最大主应力最小主应力最小主应力安全系数安全系数1-0.261-0.5083.1932-0.295-0.3888.9103-0.182-0.3654.8734-0.363-0.4806.4785-0.409-0.5107.1456-0.405-0.4987.8757-0.403-0.4868.8638-0.233-0.3726.2099-0.301-0.4375.88510-0.307-0.4246.89511-0.323

8、-0.4725.227第二水平监测点安全系数研究内容研究内容第三水平监测点安全系数测点测点最大主应力最大主应力最小主应力最小主应力安全系数安全系数1-0.379-0.5045.8922-0.308-0.4575.2993-0.301-0.4296.3074-0.403-0.4957.9485-0.330-0.4496.6056-0.310-0.4187.4957-0.359-0.4647.2628-0.279-0.4245.6669-0.362-0.4746.79610-0.355-0.4666.87811-0.390-0.4887.51312-0.352-0.4666.69413-0.367

9、-0.4866.28914-0.402-0.4967.81915-0.308-0.4326.492第三水平监测点安全系数地表变形控制效果分析地表变形控制效果分析 地表变形控制效果运用对比的方法进行分析，对采场开挖不充填和充填两种方法开采对地表的变形进行对比。选取矿区的66线和68线在地表布设监测点，提取不同方案的模拟结果进行分析。测点布置如图所示。通过不同方案的地表监测点沉降值对比表和曲线图，可以清晰的看出采用充填后对地表变形值控制明显。研究内容研究内容地表变形控制效果分析测点布置图测点测点充填后沉降值充填后沉降值/mm开挖后沉降值开挖后沉降值/mm控制效果控制效果13.417.93132.4

10、0%24.0110.29156.50%3-1.79-2.4536.90%4-32.34-67.19107.80%5-58.18-134.23130.70%6-16.34-38.14133.40%75.0811.49126.40%研究内容研究内容66线不同采矿方法测点沉降对比表测点测点充填后沉降值充填后沉降值/mm开挖后沉降值开挖后沉降值/mm控制效果控制效果11.133.16179.00%2-6.23-12.3598.30%3-32.9-75.88130.60%4-43.12-110.44156.10%5-17.28-50.37191.50%6-3.96-6.5966.40%72.072.57

11、24.30%研究内容研究内容68线不同采矿方法测点沉降对比表 通过不同方案的地表监测点沉降值对比曲线图，可以清晰的看出采用充填滞留后对地表变形值控制明显。研究内容研究内容66线68线项目研究成果项目研究成果 基于河北某矿山滞留采空区现状和特点，提出了合理的充填治理方案，建立了滞留采空区充填治理效果分析模型，运用有限元理论，在分析滞留采空区充填后充填体位移和应力场规律分析的基础上，运用Mohr-Coulomb准则对充填体敏感点进行了安全系数计算，并采用对比法分析了采场开挖不充填和充填两种方案的地表变形控制效果，综合分析了该铁矿床滞留采空区充填治理效果，该研究方法对治理方案实施和类似矿山空区治理具

12、有指导意义。研究成果研究成果项目创新点项目创新点 建立基于有限元理论的铁矿床采空区充填效果分析模型，提出基于Mohr-Coulomb准则和充填体位移和应力场数据分析的铁矿床采空区充填治理效果分析方法。创新点创新点项目训练效果项目训练效果 通过本项目的研究与学习，使我们每位成员在科学思维等方面有了很大的提升，开拓了我们的眼界，同时也让我们了解了很多较为先进的科学研究方法与手段，为学生今后的科研工作打下了良好的基础，只有掌握了先进的科学的研究手段与方法才能得出较为合理的研究结论与观点。更为重要的是在对项目的研究与学习过程中大家的创新能力与意识有了很大的提高，研究的过程中学生的科研思维、科研方法、创新意识、创新能力等方面的培养与提高都非常显著。训练效果训练效果明德博学明德博学 勤奋求实勤奋求实 请各位专家批评指正！