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1 露天转地下开采研究评述1

1.1 研究背景1

1.2 研究目的、意义和研究过程概述3

1.2.1 研究目的、意义3

1.2.2 研究过程概述3

1.3 同类技术研究现状及对比4

1.4 研究方案、技术路线和研究目标5

1.4.1 研究方案5

1.4.2 技术路线6

1.4.3 研究目标6

2 岩体结构特征、渗透特性及力学性质测试8

2.1 石人沟铁矿岩体结构特征描述8

2.2 石人沟铁矿岩体渗透特性9

2.3 矿岩物理力学性质试验9

2.4 岩体力学参数确定10

2.5 岩体长期强度的确定11

2.6 小结12

3 境界矿柱可能的破坏模式和稳定性解析评价13

3.1 石人沟铁矿采空区围岩压力分布特点和可能的破坏模式13

3.2 顶柱稳定性的工程类比法13

3.3 摩尔－库仑极限平衡解析16

4 二维稳定性及破坏机制模拟分析19

4.1 FLAC2D变形破坏分析19

4.1.1 计算模型及方案19

4.1.2 各个剖面计算结果19

4.1.3 境界顶柱少留6m的情况26

4.1.4 小结27

4.2 RFPA2D破坏机制分析32

4.2.1 计算模型及方案33

4.2.2 各个剖面计算结果33

4.3 考虑水弱化作用和长期强度时稳定性分析41

5 不同采矿方案情况下三维稳定性分析46

5.1 MSC.Patran和MSC.Nastran简介46

5.1.1 MSC.Patran简介46

5.1.2 MSC.Nastran简介47

5.2 不同采矿方案情况下的计算模型及方案47

5.3 不同采矿方案情况下的计算结果及分析48

5.3.1 采矿方案一49

5.3.2 采矿方案二50

5.3.3 采矿方案三53

5.3.4 采矿方案四57

5.3.5 采矿方案五60

5.3.6 采矿方案六62

5.3.7 采矿方案七65

5.3.8 采矿方案八68

5.3.9 采矿方案九70

5.4 小结和建议73

6 围岩稳定性分区研究与变厚度方案设计75

6.1 稳定性分区研究75

6.2 稳定性分区后的监测检验和变厚度采矿设计75

6.3 小结79

7 断层破碎带影响下矿体安全采矿技术研究80

7.1 F18、F19断层区域地质条件概述80

7.2 南区－60m中段F18～F19破碎及断层区域目前开采现状83

7.3 存在的问题83

7.4 二维稳定性及破坏机制模拟分析87

7.4.1 计算模型及方案87

7.4.2 计算结果87

7.4.3 考虑水弱化作用和长期强度时稳定性分析98

7.5 三维背景应力场计算分析102

7.5.1 计算模型及方案102

7.5.2 计算结果及分析104

7.6 矿石储量及可采出矿石量110

7.7 建议采矿方案及支护方案110

7.8 小结111

8 采空区探测及稳定性分析112

8.1 －60m水平中段采空区调查及CMS探测112

8.1.1 全区矿房现状详述112

8.1.2 采空区井下CMS探测113

8.1.3 已探测采空区三维模型的构建118

8.1.4 石人沟铁矿外围非法采空区的勘探125

8.1.5 CMS探测技术与地球物理探测的比较136

8.2 采空区稳定性分析136

8.2.1 岩体物理力学强度取值137

8.2.2 石人沟铁矿矿块构成要素137

8.2.3 采场结构参数理论计算138

8.2.4 采空区顶板稳定性计算分析139

8.2.5 矿柱的稳定性理论计算分析141

8.3 小结144

9 围岩稳定性的实时监测分析及预警145

9.1 微震监测系统的选择145

9.2 微震监测系统设计与安装146

9.2.1 准备工作147

9.2.2 传感器安装148

9.2.3 线缆安装149

9.3 微震活动实时监测与数据处理150

9.3.1 系统软件150

9.3.2 微震信号处理152

9.3.3 波形初步分析156

9.3.4 信号滤波处理157

9.3.5 波形数据库建立159

9.4 数据分析与微震活动规律研究162

9.5 微震监测系统的防盗采功能165

9.6 小结165

10 基于虚拟现实技术的矿山岩体动力灾害预测、预警166

10.1 虚拟现实系统概念166

10.2 虚拟现实环境的产生原理168

10.3 虚拟现实系统在矿山中的应用170

10.3.1 采矿设计170

10.3.2 风险评估170

10.3.3 事故原因调查170

10.3.4 技术培训、安全教育171

10.3.5 采矿过程虚拟研究171

10.4 基于虚拟现实技术的围岩稳定与矿山动力灾害预测、预警系统初步研发171

10.4.1 虚拟矿山系统总体设计171

10.4.2 石人沟铁矿虚拟现实模型的建立172

10.4.3 应力场云图和微震数据显示173

10.4.4 控件制作173

10.4.5 小结174

11 结论与展望177

11.1 研究结论、创新点与关键技术177

11.2 应用效果分析179

11.2.1 经济效益179

11.2.2 社会效益显著180

11.3 建议与技术展望180

11.3.1 建议180

11.3.2 技术展望180

参考文献181