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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