深部開(kāi)采高階段尾砂充填體力學(xué)與非線性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、充填體力學(xué)是隨著充填采礦技術(shù)發(fā)展而形成的一門(mén)新型學(xué)科。VCR采礦法與高階段嗣后充填工藝相結(jié)合，擴(kuò)大了充填采礦技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，在深部厚大礦床安全高效開(kāi)采具有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也為充填體力學(xué)增加了新的研究?jī)?nèi)容。目前由于對(duì)高階段充填體力學(xué)機(jī)理及其相關(guān)理論缺乏系統(tǒng)的研究，高階段充填設(shè)計(jì)大都采用經(jīng)驗(yàn)法或經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法，往往造成不必要的水泥浪費(fèi)或充填體強(qiáng)度達(dá)不到工程實(shí)際要求。為此，有必要根據(jù)深部高階段充填工藝特征，建立高階段充填體力學(xué)模型，開(kāi)展降低成

2、本的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，以實(shí)現(xiàn)深部資源安全高效開(kāi)采。本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 對(duì)尾砂膠結(jié)充填體進(jìn)行了力學(xué)試驗(yàn)，建立了不同配比膠結(jié)充填體損傷本構(gòu)方程，分析了不同配比充填體力學(xué)特性與能量釋放規(guī)律。根據(jù)充填體損傷本構(gòu)模型，從巖體開(kāi)挖釋放能量與充填體峰值應(yīng)力變形能相近的原則探討了充填體與深部巖體的合理匹配，并確定了冬瓜山礦床深部開(kāi)采所要求的充填體強(qiáng)度，論證了安慶銅礦深部礦體采用最小充填配比1：12是可行的。 為實(shí)現(xiàn)深部開(kāi)采高質(zhì)量充填，用

3、分形理論研究了分級(jí)尾砂級(jí)配。通過(guò)對(duì)大量尾砂充填礦山的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，建立了分級(jí)尾砂強(qiáng)度與水泥含量、濃度、孔隙分維數(shù)及分維數(shù)相關(guān)率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從大量研究數(shù)據(jù)中揭示了尾砂級(jí)配與其強(qiáng)度的內(nèi)在規(guī)律。研究結(jié)果表明，分級(jí)尾砂顆粒間孔隙分維數(shù)減小，充填體強(qiáng)度增高；尾砂分維數(shù)相關(guān)性越好，充填體強(qiáng)度越高。根據(jù)尾砂級(jí)配模型，用混沌優(yōu)化方法研究了使充填體達(dá)到最佳強(qiáng)度的選礦尾砂合理分級(jí)。該模型與理論應(yīng)用于安慶銅礦選礦尾砂分級(jí)設(shè)計(jì)，不僅提高了充填體強(qiáng)度，而且增

4、加了尾砂使用率，節(jié)約了充填成本。 針對(duì)高階段嗣后充填工藝特點(diǎn)，分析了深部開(kāi)采圍巖對(duì)充填體的力學(xué)作用，建立了高階段分層充填體力學(xué)計(jì)算模型，研究了充填體可暴露任意高度的力學(xué)條件，并用分形樹(shù)和重整化群方法建立了深部開(kāi)采充填體強(qiáng)度模型。基于深部開(kāi)采的復(fù)雜性和充填體強(qiáng)度的不確定性，根據(jù)所建立的高階段充填體力學(xué)模型，用可靠性理論和博弈樹(shù)方法，成功解決了高階段充填體配比優(yōu)化難題。該研究方法應(yīng)用于安慶銅礦5號(hào)礦房充填配比優(yōu)化，取得了良好的效果。