[發(fā)明專利]一種露天轉(zhuǎn)地下開采模型試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310334005.3
• 申請(qǐng)日: 2013-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN103399139A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周傳波;張定邦;蔣楠;孫金山;羅學(xué)東;劉楊波;王鵬;劉亞輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及露天、地下開采或巖體開挖的各類巖土工程物理模型試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種露天轉(zhuǎn)地下開采模型試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

露天轉(zhuǎn)地下開采是國(guó)內(nèi)外露天礦山發(fā)展的必然趨勢(shì)，開采過程中，高陡露天邊坡與地下開采相互影響和制約，高陡露天邊坡的存在影響著地下開采的安全，地下開采同樣會(huì)影響邊坡工程的穩(wěn)定，其相互影響機(jī)理是保證高陡邊坡和地下采場(chǎng)穩(wěn)定（礦山安全生產(chǎn)）的基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

目前用于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域的研究方法主要有三種：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的不足之處在于試驗(yàn)周期長(zhǎng)，試驗(yàn)成本高，很難找到兩個(gè)完全相同的試驗(yàn)條件，而且現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)很難進(jìn)行有效的應(yīng)力應(yīng)變、位移、塊度統(tǒng)計(jì)等測(cè)試工作，因而，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)壳斑€停留在對(duì)現(xiàn)象學(xué)的研究上，要揭示現(xiàn)象背后的內(nèi)在規(guī)律，就需要進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)的日益發(fā)展及其在露天轉(zhuǎn)地下開采研究的應(yīng)用，使用數(shù)學(xué)模型借助計(jì)算機(jī)對(duì)該問題進(jìn)行研究，成為一種發(fā)展趨勢(shì)。由于露天轉(zhuǎn)地下開采影響因素的復(fù)雜性，數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性往往難以保證，這使得模型試驗(yàn)成為檢驗(yàn)和修正數(shù)值計(jì)算的重要手段。

通過模型試驗(yàn)方法對(duì)露天轉(zhuǎn)地下開采過程中邊坡和地下采場(chǎng)的力學(xué)特征進(jìn)行研究，以探索高陡露天邊坡與地下開采相互影響機(jī)理，進(jìn)而指導(dǎo)采礦生產(chǎn)的高效安全進(jìn)行。模型實(shí)驗(yàn)的研究方法能克服現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)耗費(fèi)大，影響正常工作秩序的缺點(diǎn)，所獲得的數(shù)據(jù)又可用于指導(dǎo)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)研究結(jié)果的定性與定量相結(jié)合的分析，因而具有重要的理論和實(shí)踐意義。

開采模型的制作、有效監(jiān)測(cè)方法的運(yùn)用及開挖模擬方案的設(shè)計(jì)是模型試驗(yàn)中的難點(diǎn)問題，制約著露天轉(zhuǎn)地下開采模型試驗(yàn)的應(yīng)用，為取得露天轉(zhuǎn)地下開采模型試驗(yàn)的預(yù)期成果，必須研制出一套滿足相似條件且能較為真實(shí)地實(shí)現(xiàn)開采過程的模型試驗(yàn)方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是，針對(duì)上述難點(diǎn)，提供一種露天轉(zhuǎn)地下開采模型試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種露天轉(zhuǎn)地下開采模型試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1）模型制作：合理概括（模擬）礦體原型的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造和地下巖層組合關(guān)系，制作與礦區(qū)礦體原型斷面相似的小比例尺露天轉(zhuǎn)地下開采模型，模型斷面包括露天采坑兩側(cè)邊坡的第一巖體、第二巖體，第一巖體上的第一斷層破碎帶、第二巖體上的第二斷層破碎帶，以及采坑底部的礦體；第一巖體、第二巖體與礦體分別由對(duì)應(yīng)相似材料的砌塊堆砌而成，第一巖體、第二巖體之間相向的邊沿形成高陡邊坡坡面；

2）模擬開采：分為兩個(gè)階段：①擴(kuò)幫式露天開采，采用人工抽去砌塊的方式，從開采模型的中間向兩邊及深度方向擴(kuò)展形成V字型開采；②無底柱分段崩落法地下開采，采用人工鉆機(jī)緩慢勻速鉆碎砌塊的方式，沿開采模型的礦體邊界從東至西分段開采，每分段開挖完成后，使鉆碎的砌塊自然地充填開采模型的采空區(qū)，待變形穩(wěn)定，再開挖下一層礦體；

3）模擬開采試驗(yàn)過程監(jiān)測(cè)：在整體開采模型表面布置多組應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開采模型進(jìn)行模擬開采的同時(shí)，對(duì)各組應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè)，并記錄各組應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變值以及各組位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變形值，獲取邊坡與地下采場(chǎng)圍巖的應(yīng)力與變形特征，從而分析斷面應(yīng)力與變形對(duì)地下采場(chǎng)穩(wěn)定性造成的影響。

按上述方案，所述開采模型由多個(gè)砌塊采用砌塊砌筑法砌筑而成，具體包括以下工序：

a、根據(jù)步驟1）選取的模型斷面和步驟2）的模擬開采方案設(shè)計(jì)出模型砌筑設(shè)計(jì)圖，并在圖上標(biāo)明開采模型第一巖體、第二巖體與礦體的具體位置和尺寸；

b、按照模型砌筑設(shè)計(jì)圖要求將砌塊編號(hào)、切割成型并打磨平整；

c、布置好砌筑施工線，標(biāo)注出第一巖體、第二巖體與礦體各部分砌塊的準(zhǔn)確砌筑位置及第一斷層破碎帶、第二斷層破碎帶預(yù)留位置（每個(gè)砌塊的大小需綜合考慮試驗(yàn)研究的需要和砌塊制作養(yǎng)護(hù)的難易程度）；

d、沿砌筑施工線固定2塊內(nèi)表面附有薄膜的木板（薄膜為了便于拆模，防止粘模），將第一巖體、第二巖體與礦體各部分砌塊堆放到上述工序c標(biāo)注的準(zhǔn)確砌筑位置，然后將砌塊粘結(jié)劑（白乳膠粘結(jié)劑）均勻灌入相鄰砌塊之間的接觸面，待砌塊粘結(jié)劑（白乳膠）凝結(jié)后拆除木板；按照此工序依次砌筑第一巖體、第二巖體、高陡邊坡坡面及礦體（砌筑過程中嚴(yán)格控制砌塊的擺放位置，減少偏差）；

e、砌塊砌筑完成后，將第一斷層破碎帶、第二斷層破碎帶的斷層模擬材料和填充材料依次填入預(yù)留好的第一斷層破碎帶、第二斷層破碎帶預(yù)留位置，所述的斷層模擬材料為聚丙烯薄膜，填充材料為粘土（斷層填筑過程中應(yīng)注意不污染或損壞斷層周圍的砌塊）；