隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同研究.pdf

1、由于礦山的一次開采，在次生應(yīng)力和動力擾動的共同作用下，采空區(qū)隱患資源呈現(xiàn)出礦巖破碎、堅固性和穩(wěn)定性差、應(yīng)力集中、地下導(dǎo)水突水通道多等特點，用傳統(tǒng)采礦方法開采，存在著開采難度大、安全性差，生產(chǎn)效率低，地質(zhì)災(zāi)害隱患多，損失貧化率高等現(xiàn)象。本文從礦山大系統(tǒng)角度出發(fā)，以采礦環(huán)境再造和連續(xù)開采理論為指導(dǎo)，引入?yún)f(xié)同論，創(chuàng)新提出了隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同的礦業(yè)發(fā)展新模式。依托“十一五”國家科技支撐計劃課題，采用理論研究、綜合分析、實證研究等多種方

2、法相結(jié)合的研究路線，對隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同的理論和技術(shù)基礎(chǔ)及其工程應(yīng)用開展了深入研究。
　　 (1)架構(gòu)了隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同理論體系。從概念辨識上系統(tǒng)闡述了隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同的思想來源、基本概念、意義和本質(zhì)內(nèi)涵；確立了采空區(qū)協(xié)同利用的基本原則；構(gòu)建了隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同技術(shù)體系；從采礦工藝和科學(xué)技術(shù)角度，探討了采空區(qū)協(xié)同利用基本模式，并對其進行了系統(tǒng)分類；分析了采空區(qū)協(xié)同利用與傳統(tǒng)空區(qū)治理方法

3、之間的辨證關(guān)系。
　　 (2)建立了采空區(qū)圍巖系統(tǒng)協(xié)同作用非線性力學(xué)模型。在分析采空區(qū)圍巖系統(tǒng)突發(fā)失穩(wěn)的工程特點及其適用的非線性力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了巖體地下開挖工程圍巖系統(tǒng)的協(xié)同承載作用突變模型；研究了采空區(qū)頂板與人工隔墻的協(xié)同作用力學(xué)模型、撓曲線方程及系統(tǒng)失穩(wěn)的突變模型；探討了采空區(qū)協(xié)同利用模式的幾何參數(shù)與力學(xué)參數(shù)的對圍巖系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)控作用，為采礦環(huán)境結(jié)構(gòu)再造提供了基本力學(xué)依據(jù)。
　　 (3)研究了采空區(qū)協(xié)同治理

4、過程與圍巖系統(tǒng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。采用簡化的正交分析法設(shè)計了數(shù)值試驗方案，研究了采空區(qū)穩(wěn)定性尺寸效應(yīng)；探討了采空區(qū)空間幾何屬性與協(xié)同利用治理模式的匹配關(guān)系，分析與比較了采空區(qū)不同協(xié)同利用治理模式下圍巖系統(tǒng)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，并提出了對應(yīng)的工程技術(shù)建議。
　　 (4)研究了復(fù)雜空區(qū)群結(jié)構(gòu)致災(zāi)效應(yīng)及誘導(dǎo)斷鏈減災(zāi)技術(shù)。運用巖石破裂過程分析軟件RFPA2D，對三類典型空區(qū)群結(jié)構(gòu)的災(zāi)變路徑與鏈源進行了仿真模擬，探究了采空區(qū)群結(jié)構(gòu)致災(zāi)效應(yīng)；建立了采空

5、區(qū)災(zāi)害鏈式效應(yīng)數(shù)學(xué)模型，研究了采空區(qū)群結(jié)構(gòu)災(zāi)變鏈演化規(guī)律，提出了采空區(qū)災(zāi)害鏈式階段劃分模式和孕源斷鏈減災(zāi)的誘導(dǎo)崩落協(xié)同治理技術(shù)方案。
　　 (5)完成了碎裂礦段開采與空區(qū)治理協(xié)同的實證分析與研究。在分析碎裂礦段的工程地質(zhì)和開采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，確定了隱患資源開采與采空區(qū)治理協(xié)同設(shè)計的指導(dǎo)思想和基本原則，創(chuàng)造了協(xié)同空區(qū)治理的采礦新方法，開發(fā)了單空區(qū)與多空區(qū)條件下碎裂礦段開采與空區(qū)治理協(xié)同新技術(shù)；基于采礦環(huán)境結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，研究了間