• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      中關(guān)鐵礦堵水帷幕模型的建立及其穩(wěn)定性分析

      2015-03-28 02:37:42
      金屬礦山 2015年12期
      關(guān)鍵詞:帷幕鐵礦力學(xué)

      夏 冬 常 宏

      (1. 華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山063009;2. 河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點實驗室,河北 唐山063009;3. 河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司,河北,沙河054100)

      隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,國家對礦產(chǎn)資源的需求量越來越大,而易于開采的資源已開采殆盡,為實現(xiàn)采礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,對水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦產(chǎn)資源的開采已陸續(xù)展開[1]。為保護(hù)地下水資源,合理開發(fā)礦產(chǎn)資源,帷幕注漿是減少滲流量行之有效的方法。帷幕注漿技術(shù)在大紅山鐵礦[2]、水口山鉛鋅礦[3]、冬瓜山銅礦[4]、吳莊鐵礦[5]、萊新鐵礦[6]、濟(jì)鋼張馬屯鐵礦[7-8]、中關(guān)鐵礦[9-10]等礦山中得到了應(yīng)用,并取得了良好的隔水作用。

      注漿堵水帷幕施工完成后,可有效地減少地下水向礦區(qū)的涌入量,起到堵截地下水的作用,但在井巷施工及礦體開采的過程中,需對堵水帷幕內(nèi)的圍巖進(jìn)行疏干排水,隨著疏干排水的進(jìn)行,勢必會在堵水帷幕內(nèi)外形成一定的水力梯度,進(jìn)而在帷幕內(nèi)外形成一定的水壓差,這將對堵水帷幕的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的不利影響。因此,注漿堵水帷幕的長期穩(wěn)定性和堵水的有效性成為影響水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大水礦山能否正常開采的關(guān)鍵因素。目前,國內(nèi)外許多學(xué)者對注漿堵水帷幕漿料配比、施工工藝、施工質(zhì)量以及防滲效果等方面開展了大量的研究工作,但關(guān)于帷幕內(nèi)圍巖疏干排水對堵水帷幕穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響方面的研究成果則相對較少。為此,本研究結(jié)合中關(guān)鐵礦注漿堵水帷幕工程,在礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和鉆孔資料分析的基礎(chǔ)上,建立了堵水帷幕區(qū)域的三維地質(zhì)模型、三維數(shù)字化模型和三維力學(xué)計算模型,并應(yīng)用COMSOL Multiphysics 多物理場分析軟件,分析了疏干排水對堵水帷幕的影響范圍和影響程度,劃分出應(yīng)力擾動嚴(yán)重區(qū)和明顯區(qū),對注漿堵水帷幕的穩(wěn)定性做出了初步評價,為礦山建設(shè)和帷幕穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)的建立提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

      1 模型建立

      1.1 三維模型建立

      中關(guān)鐵礦位于河北省沙河市白塔鎮(zhèn)中關(guān)村境內(nèi),為水文地質(zhì)條件特別復(fù)雜、涌水量大的大水礦山。為減少礦山開采過程中的排水量,采用注漿堵水帷幕的方式堵截地下水。根據(jù)礦山的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和鉆孔數(shù)據(jù)資料,建立礦區(qū)的三維地質(zhì)模型和三維數(shù)字化模型。由于受有限元網(wǎng)格劃分和計算機(jī)性能的限制,需將地質(zhì)模型進(jìn)行必要的簡化,簡化后模型的長、寬、高分別為2 500、2 000、850 m,其中Y 軸正方向所指為正北方向。最終得到的三維地質(zhì)模型、三維數(shù)字化模型和三維力學(xué)計算模型分別如圖1、圖2 和圖3所示。

      圖1 三維地質(zhì)模型Fig.1 Three-dimensional geological model

      圖2 堵水帷幕三維數(shù)字化模型Fig.2 Three-dimensional digital model of plugging curtain

      圖3 三維力學(xué)模型(單位:m)Fig.3 Three-dimensional mechanical model

      1.2 模型邊界條件設(shè)置

      為了能夠模擬疏干排水對注漿堵水帷幕穩(wěn)定性的影響,計算時將三維力學(xué)模型分為2 種工況:一是在地下水自然流動的情況下,假設(shè)注漿堵水帷幕完全防水,對帷幕內(nèi)外的初始應(yīng)力分布情況進(jìn)行分析;二是在初始應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上,對帷幕內(nèi)進(jìn)行疏干排水,并對疏干排水引起的應(yīng)力重分布進(jìn)行分析。重力場作用下的邊界條件可設(shè)定為:X 和Y 方向的位移預(yù)設(shè)為0,頂面設(shè)定為自由面,底面設(shè)定為固定面。滲流場作用下的邊界條件設(shè)定為:東、西側(cè)邊界的定水頭分別為-100 m 和-80 m,南、北側(cè)邊界為零通量,模型頂面的壓力為0,底面設(shè)為不透水面。

      1.3 巖體物理力學(xué)參數(shù)

      帷幕施工完成后,假設(shè)疏干排水沒有對帷幕外圍巖體產(chǎn)生影響,同時假設(shè)地下水不會對帷幕體的強(qiáng)度產(chǎn)生弱化作用,則可通過室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗,結(jié)合現(xiàn)場巖體宏觀調(diào)查分析確定帷幕外圍巖體及帷幕體的物理力學(xué)參數(shù),計算模型中帷幕及帷幕外圍巖體采用的物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

      表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physico-mechanical parameters of rock mass

      2 模擬結(jié)果及分析

      2.1 初始應(yīng)力場分析

      在三維力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)上述確定的巖體物理力學(xué)參數(shù),采用COMSOL Multiphysics 多物理場分析軟件對初始應(yīng)力場進(jìn)行計算。計算后的應(yīng)力分布如圖4 所示。

      圖4 初始條件下Von Mises 應(yīng)力分布Fig.4 Von Mises stress distribution under initial condition

      從圖4可以看出:在初始應(yīng)力場條件下,帷幕內(nèi)外的應(yīng)力基本呈層狀分布,并且隨著垂直深度的增加應(yīng)力呈逐漸遞增趨勢,且帷幕外應(yīng)力增加值大于帷幕內(nèi)的應(yīng)力增加值。隨著深度的增加,在堵水帷幕與圍巖接觸區(qū)域應(yīng)力集中現(xiàn)象趨于明顯。在-170 m 和-230 m 2 個水平截面之間,帷幕內(nèi)外兩側(cè)的壓力差比較大,這是因為這2 個位置對應(yīng)于奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r,且奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r的富水性和透水性均高于其周圍巖體,這使得其對水壓分布的影響也較為明顯。在帷幕的終端處,帷幕與其內(nèi)側(cè)接觸的圍巖處出現(xiàn)了高應(yīng)力集中區(qū),帷幕內(nèi)外的應(yīng)力差值約為5.0 MPa,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可以從地質(zhì)情況得到解釋,此處灰?guī)r與閃長巖分為上下2 層,由于灰?guī)r為強(qiáng)透水層而閃長巖為隔水層,同時由于注漿帷幕體的剛度與其接觸的圍巖剛度的差異較大,所以在該處形成了高應(yīng)力集中區(qū)。

      2.2 疏干排水后帷幕穩(wěn)定性分析

      在進(jìn)行礦體開采之前,需對帷幕內(nèi)圍巖進(jìn)行疏干排水。當(dāng)帷幕內(nèi)水位下降到-170 m 和-230 m 水平時,帷幕內(nèi)外產(chǎn)生0.9 ~1.3 MPa 的水壓差,由于水壓差的存在,從而使得帷幕體上產(chǎn)生附加作用力。根據(jù)礦體開采范圍與注漿堵水帷幕的相對位置關(guān)系,選取典型的觀察線剖面進(jìn)行應(yīng)力分析,選取的觀察線位置如圖5 所示。

      圖5 剖切線位置Fig.5 Slice line position graph

      其中Ⅰ線和Ⅱ線的剖切面均為礦體開采范圍與注漿堵水帷幕相對較近的位置。帷幕內(nèi)圍巖疏干排水后Ⅰ線剖面和Ⅱ線剖面的Von Mises 應(yīng)力分布和應(yīng)力分布曲線如圖6 和圖7 所示。

      圖6 水壓影響下Ⅰ線Von Mises 應(yīng)力分布Fig.6 Von Mises stress distribution of lineⅠby hydraulic pressure

      由圖6 和圖7 可以看出,疏干排水后在堵水帷幕上和堵水帷幕與圍巖的接觸區(qū)域均產(chǎn)生了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由圖6 可以看出,當(dāng)帷幕內(nèi)水位下降到-170 m 和-230 m 水平時,在Ⅰ線剖面西南側(cè)的帷幕內(nèi)外分別形成了2.8 MPa 和3.0 MPa 的應(yīng)力差,Ⅰ線剖面與西南側(cè)帷幕體接觸區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象較其與東北側(cè)帷幕接觸區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象更為明顯,這是因為堵水帷幕施工前,礦區(qū)西部和西南部的來水,都經(jīng)中關(guān)鐵礦向東部和東北部匯集于鳳凰山降落漏斗區(qū),并經(jīng)人工開采方式排泄于地表,堵水帷幕施工完成后,由于西部和西南部的來水在礦區(qū)處的流動受到堵水帷幕的攔截作用,使得堵水帷幕西側(cè)和西南側(cè)的水頭高于東側(cè)和東北側(cè)。由圖7 可以看出,當(dāng)帷幕內(nèi)水位下降到-170 m 和-230 m 水平時,在Ⅱ線剖面西側(cè)的帷幕內(nèi)外分別形成2.8 MPa 和3.0 MPa 的應(yīng)力差,Ⅱ線剖面與帷幕體西側(cè)接觸區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象較東側(cè)更為明顯,這是因為礦體西側(cè)的開采邊界距堵水帷幕的距離大約只有50 m,且堵水帷幕西側(cè)的水位高于東側(cè)。通過上述分析可知,疏干排水后,Ⅰ線剖面與西南側(cè)堵水帷幕接觸區(qū)域及Ⅱ線剖面與西側(cè)堵水帷幕接觸區(qū)域的內(nèi)外應(yīng)力差及應(yīng)力集中程度均較其他部位明顯。因此,應(yīng)在Ⅰ線剖面與南側(cè)堵水帷幕的交界處及Ⅱ線剖面與西側(cè)堵水帷幕交界處增加水位監(jiān)測孔,加強(qiáng)這2 處堵水帷幕內(nèi)外水位動態(tài)變化情況的監(jiān)測,評估疏干排水過程中堵水帷幕的穩(wěn)定性。

      圖7 水壓影響下Ⅱ線Von Mises 應(yīng)力分布Fig.7 Von Mises stress distribution of line Ⅱby hydraulic pressure

      3 結(jié) 論

      (1)在初始應(yīng)力場條件下,堵水帷幕內(nèi)外的應(yīng)力基本呈層狀分布,隨著深度的增加應(yīng)力呈逐漸遞增趨勢,且帷幕外應(yīng)力增加值大于帷幕內(nèi)的應(yīng)力增加值;隨著深度的增加,在堵水帷幕與圍巖接觸區(qū)域應(yīng)力集中現(xiàn)象趨于明顯;在帷幕的終端處,帷幕與其內(nèi)側(cè)接觸的圍巖處形成高應(yīng)力集中區(qū)。

      (2)疏干排水對帷幕內(nèi)外應(yīng)力差及帷幕與圍巖接觸區(qū)域的應(yīng)力集中程度均具有較大影響,帷幕內(nèi)水位下降到-170 m 和-230 m 水平時,在帷幕內(nèi)外產(chǎn)生0.9 ~1.3 MPa 的水壓差;疏干排水后,Ⅰ線剖面與西南側(cè)堵水帷幕接觸區(qū)域及Ⅱ線剖面與西側(cè)堵水帷幕接觸區(qū)域的內(nèi)外應(yīng)力差及應(yīng)力集中程度均較其他部位明顯。

      [1] 蔣鵬飛,于同超,高廣峰. 帷幕注漿工藝在大水礦山中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010(6):118-120.

      Jiang Pengfei,Yu Tongchao,Gao Guangfeng.The application of curtain grouting in water-rich mine[J].Morden Mining,2010(6):118-120.

      [2] 祝世平,王伏春,曾夏生.大紅山鐵礦帷幕注漿治水工程及其評價[J].金屬礦山,2007(9):79-83.

      Zhu Shiping,Wang Fuchun,Zeng Xiasheng. Groundwater blockage by grouting curtain in Dahongshan Mine and its evaluation[J].Metal Mine,2007(9):79-83.

      [3] 曾少權(quán).水口山鉛鋅礦鴨公塘礦區(qū)大型帷幕注漿治水工程技術(shù)的應(yīng)用[J].中國有色冶金,2006(6):55-59.

      Zeng Shaoquan.Application of large curtain grouting technology for water control in Yagongtang Mine Area of Shuikoushan Lead-zinc Mine[J].China Nonferrous Metallurgy,2006(6):55-59.

      [4] 王立生.帷幕注漿法在冬瓜山銅礦的應(yīng)用[J]. 金屬礦山,2008(3):58-60.

      Wang Lisheng.The application of curtain grouting in Dongguanshan Copper Mine[J].Metal Mine,2008(3):58-60.

      [5] 周 偉.帷幕注漿堵水在吳莊鐵礦的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè),2012(4):104-106.

      Zhou Wei. The application of curtain grouting in Wuzhuang Iron Mine[J].Morden Mining,2012(4):104-106.

      [6] 徐加夫.鐵礦床采礦井下近礦體帷幕注漿技術(shù)及應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2012,21(12):78-81.

      Xu Jiafu.Underground curtain grouting near ore body technique and application in iron ore mining[J].China Mining Magazine,2012,21(12):78-81.

      [7] 劉 超,唐春安,張省軍,等. 微震監(jiān)測系統(tǒng)在張馬屯帷幕區(qū)域的應(yīng)用研究[J]. 采礦與安全工程工程學(xué)報,2009,26(3):349-353.

      Liu Chao,Tang Chun'an,Zhang Shengjun,et al. Application of microseismic monitoring system in Zhangmatun curtain region[J].Journal of Mining and Safety Engineering,2009,26(3):349-353.

      [8] 張省軍,孫 輝,王在泉.注漿帷幕體滲透特性的試驗研究[J].金屬礦山,2009(7):68-72.

      Zhang Shengjun,,Sun Hui,Wang Zaiquan.Test study on the permeability of grouting wall system[J].Metal Mine,2009(7):68-72.

      [9] 韓貴雷,于同超,劉殿鳳,等. 礦山帷幕注漿方案研究及堵水效果綜合分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2010(6):95-98.

      Han Leigui,Yu Tongchao,Liu Dianfeng,et al.Study on curtain grouting scheme and comprehensive analysis on water plugging effect[J].Mining Research & Development,2010(6):95-98.

      [10] 白聚波,許柏青,周輝峰,等.礦山帷幕注漿及其效果評價[J].金屬礦山,2008(5):83-86.

      Bai Jubo,Xu Baiqing,Zhou Huifeng,et al. Mine curtain grouting and its effect testing[J].Metal Mine,2008(5):83-86.

      猜你喜歡
      帷幕鐵礦力學(xué)
      最美四月天
      新航空(2024年4期)2024-05-15 08:58:32
      力學(xué)
      弟子規(guī)·余力學(xué)文(十)
      快樂語文(2021年11期)2021-07-20 07:41:32
      弟子規(guī)·余力學(xué)文(四)
      快樂語文(2020年30期)2021-01-14 01:05:28
      漫畫與幽默
      劉雯 每次躲在帷幕后向前看
      力學(xué) 等
      冀東南部鐵礦區(qū)重力異常特征
      第85屆中國電子展圓滿落下帷幕
      無軌斜坡道在大紅山鐵礦中的應(yīng)用
      泸定县| 和林格尔县| 吉安县| 余庆县| 香格里拉县| 喀什市| 三门峡市| 建湖县| 运城市| 庆阳市| 资兴市| 白水县| 新郑市| 安陆市| 三亚市| 温州市| 甘谷县| 黄山市| 凉山| 长泰县| 灵武市| 卢龙县| 西华县| 海伦市| 乳山市| 繁峙县| 浮梁县| 原阳县| 民和| 镇坪县| 沭阳县| 中山市| 平原县| 防城港市| 屯留县| 于都县| 如皋市| 淮安市| 晋宁县| 醴陵市| 宁乡县|