海底大型金属矿床安全高效开采技术PDF电子书下载

1 海底开采概述 1

1.1 矿产资源的基本概念 1

1.1.1 矿产资源定义 1

1.1.2 我国矿产资源概况及开发利用现状 1

1.1.3 开发利用海洋资源的必然趋势 3

1.2 海洋资源开发技术及开发现状 3

1.2.1 海洋资源及其分类 3

1.2.2 海洋资源开发技术 5

1.2.3 我国海洋资源开发现状 9

1.3 典型的海洋矿产资源 10

1.3.1 海底基岩中的矿产资源 10

1.3.2 浅海底矿产资源 11

1.3.3 深海底矿产资源 11

1.4 海洋采矿的特殊性与基本方法、基本工艺 13

1.4.1 海洋采矿的特殊性 13

1.4.2 海洋采矿方法的基本分类 19

1.4.3 海洋采矿的基本工艺 21

1.5 海底基岩矿床开发利用的意义、现状及关键技术 27

1.5.1 海底基岩矿床开发利用的意义 27

1.5.2 海底基岩矿床开发利用的现状 29

1.5.3 海底基岩矿床开采面对的挑战 31

1.5.4 海底基岩金属矿床开采技术难题 33

1.5.5 海底基岩金属矿床开采关键技术 33

参考文献 34

2 三山岛金矿海底开采技术特征 35

2.1 三山岛金矿矿床地质概述 35

2.1.1 区域地质 35

2.1.2 矿区地质 42

2.1.3 矿床地质 45

2.2 矿区水文地质与环境地质条件 53

2.2.1 水文地质 53

2.2.2 环境地质 57

2.3 矿山工程地质条件与矿岩力学性质测试 58

2.3.1 矿山工程地质 58

2.3.2 矿岩物理力学性质测试 60

2.4 海底黏性土微观结构及渗透性能参数 71

2.4.1 黏性土环境条件与取样位置 71

2.4.2 黏性土微观结构及成分含量SEM分析 72

2.4.3 三山岛黏性土基本力学性能 80

2.4.4 黏性土隔水性能宏观研究 81

参考文献 81

3 海底矿床地应力测量方法与分布规律 84

3.1 地应力测量在矿山开采中的作用 84

3.1.1 地应力测量在采矿与岩土工程中的作用 84

3.1.2 地应力测量在海底安全高效开采中的重要意义 84

3.2 国内外地应力测量的研究现状 85

3.2.1 影响地应力的主要因素 86

3.2.2 地应力测量的基本原则 87

3.2.3 地应力测量方法的分类 88

3.2.4 世界各国地应力测量与研究的进展 90

3.3 矿区地应力测点的选择 94

3.3.1 地应力测点选择的基本原则 94

3.3.2 地应力测点的确定 94

3.4 地应力测量过程 96

3.4.1 测量原理及方法 96

3.4.2 地应力测量主要设备 98

3.4.3 现场测量 98

3.5 三维地应力测量结果及数据处理 104

3.5.1 专用三维地应力计算程序 104

3.5.2 输入数据 105

3.5.3 三维地应力的计算 105

3.6 结果与分析 106

3.6.1 各测点应力分量的计算结果与分析 106

3.6.2 各测点主应力计算结果与分析 107

3.7 海底地应力分布规律与开采建议 107

3.7.1 矿区地应力场分布规律 107

3.7.2 几点建议 109

参考文献 109

4 海底矿床岩体质量分级与评价 111

4.1 岩体质量分级理论与方法 111

4.1.1 岩体质量分级理论的发展 111

4.1.2 岩体质量和稳定性评价一般步骤 113

4.1.3 岩体工程质量分级方法 114

4.2 三山岛金矿现场节理裂隙调查分析 115

4.2.1 现场节理裂隙调查思路 115

4.2.2 现场节理裂隙调查一般方法 116

4.2.3 现场测线位置确定与测线布置原则 117

4.2.4 现场节理裂隙调查网布置 118

4.2.5 节理裂隙调查数据与统计分析 119

4.2.6 节理裂隙分布对岩体质量与稳定性的影响分析 123

4.2.7 节理裂隙调查小结 123

4.3 三山岛金矿岩体质量评价 124

4.3.1 岩体质量与稳定性的影响因素分析 124

4.3.2 岩体质量与稳定性评价体系建立 128

4.3.3 岩体质量与稳定性M-IRMR评价体系应用 136

4.3.4 不同质量等级矿岩物理力学参数的选取 148

4.3.5 岩体工程质量评价结果分析 152

4.4 基于SURPAC建模的岩体质量分级三维可视化 152

参考文献 154

5 海底矿床开采的相似模拟试验 156

5.1 相似物理模拟试验 156

5.1.1 相似物理模拟试验的意义 156

5.1.2 相似物理模型试验的原理 157

5.1.3 相似物理模型试验的方法 158

5.2 海底开采相似物理模拟试验平台开发 158

5.2.1 海底开采相似模拟试验思路 158

5.2.2 相似物理模拟装置研发 159

5.2.3 模拟试验功能与试验流程 162

5.2.4 相似物理模拟初步试验 163

5.3 三山岛金矿海底开采相似模拟试验 164

5.3.1 相似材料的研制 164

5.3.2 海底开采模拟试验过程及结果分析 169

参考文献 179

6 海底矿床开采的安全隔离层厚度 181

6.1 海下开采相关力学分析 181

6.1.1 “三下”开采基本理论 181

6.1.2 “三下”开采地表变形计算方法 182

6.1.3 海底矿床安全开采合理隔离层厚度相关研究 183

6.2 三山岛金矿海底安全开采隔离层厚度预估 185

6.2.1 力学模型与力学参数 185

6.2.2 材料力学法 185

6.2.3 荷载传递交汇线法 187

6.2.4 厚跨比法 188

6.2.5 普氏拱法 189

6.2.6 结构力学梁理论计算法 190

6.2.7 鲁佩涅伊特理论计算法 191

6.2.8 不同计算结果综合分析 195

6.3 三山岛金矿海底安全开采隔离层厚度数值模拟研究 196

6.3.1 数值模拟力学分析方法 196

6.3.2 数值模拟的地质及力学模型 198

6.3.3 数值模拟方案 214

6.3.4 数值模拟结果及分析 214

6.4 海底开采安全隔离层厚度及安全措施 217

参考文献 217

7 海底矿床开采方法选择与优化 219

7.1 采矿方法选择原则与备选方案 219

7.1.1 采矿方法选择原则 219

7.1.2 房柱交替式盘区上向分层充填采矿法 219

7.1.3 分矿房矿柱充填采矿法 225

7.1.4 应力拱式上向分层水平充填采矿法 230

7.1.5 高进路充填采矿法 232

7.1.6 脉外采准点柱式分层充填采矿法 236

7.2 未确知测度理论下的采矿方案优选 240

7.2.1 确定待优化对象的分类模式系统 240

7.2.2 单指标测度 240

7.2.3 指标权重的确定 240

7.2.4 多指标综合测度评价向量 240

7.2.5 优化结果识别和排序 241

7.2.6 采矿方案优选综合评价指标体系构建 241

7.2.7 构造单指标测度函数 242

7.2.8 优化结果识别 244

7.3 新的采矿方法工业试验 245

7.3.1 试验采场选择 245

7.3.2 试验采场采准设计方案 245

7.3.3 试验采场回采工艺 247

7.3.4 试验采场回采顺序 248

7.3.5 试验采场劳动组织与作业 249

7.3.6 工业试验技术经济分析 249

7.4 基于响应面法的海下框架式采场结构参数优化选择 250

7.4.1 响应面法计算理论 250

7.4.2 框架式采场有限元计算模型及结果 252

7.5 海底矿床中段内开采顺序优化 255

7.5.1 安全系数法基本原理 255

7.5.2 动态回采有限元模型的建立 256

7.5.3 不同方案不同回采步骤最大主应力分析比较 258

7.5.4 不同方案不同回采步骤围岩位移分析比较 260

7.5.5 各盘区回采后安全系数计算结果 261

7.5.6 不同方案不同步骤地面沉降 266

参考文献 267

8 海底矿床开采地表沉降规律数值分析 270

8.1 国内外开采沉陷研究动态 270

8.1.1 国外开采沉陷预测理论研究动态 270

8.1.2 国内开采沉陷预测理论研究动态 270

8.1.3 山区开采沉陷研究现状 271

8.2 矿床开采岩层移动规律 272

8.2.1 矿床开采岩层移动特征 272

8.2.2 金属矿开采引起的地表移动 273

8.2.3 地表移动角及其影响因素分析 274

8.2.4 开采沉陷与建筑损坏的理论分析 278

8.3 基于BP神经网络的海底开采地表移动角预测 281

8.3.1 人工神经网络的基本原理 281

8.3.2 基于Matlab的神经网络设计与分析 284

8.3.3 网络学习样本的生成 286

8.3.4 创建神经网络预测模型 289

8.3.5 三山岛金矿新立矿区海底开采岩层移动角预测 296

8.3.6 三山岛金矿新立矿区开采竖井保护措施 297

8.4 海底开采沉陷的力学计算 298

8.4.1 数值计算模型的建立 298

8.4.2 数值计算结果 300

8.4.3 沉陷数据的处理 300

8.4.4 海下开采沉陷对矿区周边建筑的影响评价 303

8.5 深部取消点柱对地表沉陷的数值模拟 305

8.5.1 基本假设 305

8.5.2 数值模拟模型 305

8.5.3 模拟参数的选取 306

8.5.4 计算结果分析 307

8.5.5 地表沉降对矿区建筑群的影响评价 310

参考文献 311

9 海底矿床开采安全监测技术 313

9.1 岩层移动与巷道变形监测 313

9.1.1 岩层移动监测 313

9.1.2 巷道变形监测 322

9.2 海岸地表变形监测 332

9.2.1 测试区域 333

9.2.2 测试仪器与测定方法 333

9.2.3 海岸地表监测数据分析 333

9.3 海底开采微地震监测 336

9.3.1 微地震监测系统选型 336

9.3.2 微地震监测系统检波器选型 336

9.3.3 检波器安装方式 338

9.3.4 微地震监测系统在三山岛金矿的布置方案 339

9.3.5 微地震系统的参数标定 339

9.3.6 微地震信号的定位 345

9.3.7 基于微地震监测的安全预警 350

参考文献 357