顶板不稳固缓倾斜铝土矿低贫损安全高效开采技术研究

摘要

铝土矿资源是我国重要的矿产资源，近年来，随着我国露天可开采铝土矿资源的逐渐减少，铝土矿地下开采已成为必然趋势。然而，埋藏较深的铝土矿资源中，矿床大部分为缓倾斜沉积矿床。矿体直接顶板通常为粘土页岩、炭质页岩及砂质粘土岩等岩石，这类矿床顶板自身稳固性较差，为了确保回采安全，需留较多的矿柱来支撑顶板，因此，矿石损失率有时高达30％以上。这不仅造成了铝土矿资源的浪费，且增加了开采成本，缩短了矿山服务年限，不利于矿山的可持续发展。开展关于顶板不稳固条件下，提高铝土资源回收率的研究是行业的需求。
　　 本论文以中国铝业重庆800kt/a氧化铝项目为依托，开展顶板不稳固缓倾斜铝土矿低贫损高效开采技术研究。根据重庆分公司铝土矿资源特点，借鉴煤矿及其他有色金属矿山的经验，提出“利用液压支柱提高重庆铝土矿回采率的设想。在广泛调查国内外相似矿山开采的基础上，采用现场调研、现场工业试验、数值模拟、及理论分析相结合的研究方法，并借助于现代ANSYS有限元数值平台分析顶板稳定性技术手段，获取可靠的试验期内试验采场顶板岩层形变场变化规律、及试验采场液压支护参数，提高回采率，实现相似地质条件下采场安全开采。
　　 本课题具有多个创新点，首先，形成铝土矿地下开采，利用液压单体设备临时支护的工艺及技术参数，提高铝土矿地下开采的回收率;其次，通过采场地压监测技术及数值分析技术，确定液压临时支护和采场放顶的时间相依性，探明重庆分公司铝土矿地下开采的地压控制技术。
　　 本课题实施后，使矿山回采率提高7％左右;单盘多采矿2000t;同时延长矿山的服务年限。试验成功的证明了，采用液压单体设备临时支护，不仅可以提高回采率，延长矿山服务年限，同时也为同类矿床的开采提供借鉴和技术支撑，还可填补我国缓倾斜铝土矿地下开采方式的空白，实现安全、高效、高回收率、低成本，具备较高的实践意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题提出及研究意义

1．2 文献准备

1．2．1 国内外铝土资源开采现状

1．2．2 国内外岩体质量分级方法简介

1．3 论文技术路线及主要研究内容

第二章 试验采区地质条件与开采技术概述

2．1 工程概况

2．2 矿区地质

2．3 试验采区矿床地质

2．4 试验采区矿床开采技术条件

2．4．1 工程地质条件

2．4．2 水文地质条件

2．4．3 环境地质条件

2．5 本章小结

第三章 灰河上采区岩体质量评价

3．1 目的任务

3．2 岩石力学试验

3．3 岩体地质构造调查

3．3．1 构造调查方法及调查内容

3．3．2 各岩组节理构造分析结果

3．4 岩体质量分析

3．4．1 工程岩体分级方法和标准

3．4．2 工程岩体级别的确定

3．4．3 灰河上采区岩体质量评价

3．4．4 小结

3．5 本章小结

第四章 利用液压支柱试验方案的实施

4．1 试验矿块选择

4．2 试验方案的实施

4．3 工作面支护和顶板管理

4．3．1 采场工作面支护形式

4．3．2 DW (DZ)型单体液压支柱简介

4．3．3 工作面支护设计

4．3．4 单体面支护质量监测及数据分析

4．4 本章小结

第五章 采场地压监测

5．1 地压监测目的、方法及内容

5．2 地压监测设计方案

5．2．1 钻孔应力计监测

5．2．2 多点位移计监测

5．2．3 顶板沉降报警监测

5．2．4 巷道收敛监测

5．3 监测系统现场实施

5．3．1 监测系统优化设计

5．3．2 监测系统安装

5．3．3 日常监测频率及报警值

5．4 监测数据分析

5．4．1 钻孔应力数据分析

5．4．2 多点位移计数据分析

5．4．3 顶板离层报警仪数据分析

5．4．4 巷道断面收敛数据分析

5．5 本章小结

第六章 采场顶板允许跨度和暴露面积分析

6．1 Mathews稳定性分析方法

6．2 稳定性指数和水力半径的确定

6．3 采场顶板允许跨度和暴露面积分析

6．5 本章小结

第七章 采动地压变化及回采顺序优化数值分析研究

7．1 模型的建立

7．2 开采方案模型

7．2．1 几何模型及模拟开采方案

7．2．2 监测点布置方案

7．3 开采模拟结果分析

7．3．1 空区围岩应力变化特征

7．3．2 空区围岩变形特征

7．3．3 矿体及围岩破坏特征

7．4 本章小结

第八章 技术经济评价与分析

8．1 技术经济评价

8．1．1 技术评价

8．1．2 经济评价

8．2 经济效益分析

第九章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果