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第一章 我国金属采矿面临的主要问题和对策1

1.1 我国金属矿产资源现状1

1.2 露天矿山3

1.3 地下矿山4

1.4 矿山环境保护5

第二章 地下金属矿山地压控制研究7

2.1 地压形成机理和分类7

2.2 巷道地压9

2.2.1 无支护巷道地压9

2.2.2 有支护巷道地压12

2.2.3 巷道地压分布规律14

2.3 采场地压15

2.3.1 空场采矿法地压15

2.3.2 崩落采矿法地压17

2.3.3 充填采矿法地压18

第三章 地下金属矿山采矿设计优化研究的内容的思路22

3.1 地下采矿力学研究的特点22

3.1.1 研究对象22

3.1.2 荷载形式22

3.1.3 施工因素23

3.2.1 安全性24

3.1.4 不确定性研究方法24

3.2 采矿设计优化的目标和内容24

3.2.2 生产效率25

3.2.3 矿石回采率25

3.2.4 矿石贫化率26

3.2.5 经济效益26

3.2.6 社会效益和环境效益26

3.3 影响采矿方法选择和设计优化的主要因素27

3.3.1 工程地质条件和矿岩物理力学性质27

3.3.2 地应力状态27

3.3.3 矿体的种类和质量28

3.3.4 矿体赋存状况(倾向和厚度)29

3.3.5 矿体赋存环境条件29

3.3.6 开采技术条件30

3.3.7 开采技术经济指标30

3.4 采矿设计优化的主要步骤30

3.4.1 系统目标的确定31

3.4.2 系统信息的获取32

3.4.3 系统结构的建立32

3.4.4 系统的功能分析32

3.4.6 现场监测和反分析——系统信息反馈33

3.4.5 开采设计优化决策——系统决策33

第四章 采矿设计优化和矿山地压控制研究相结合的基本方法34

4.1 概述34

4.2 采矿工程基础资料的获取36

4.2.1 地应力测量36

4.2.2 工程地质、水文地质调查37

4.2.3 矿岩的物理力学性质试验37

4.2.4 岩体质量分级和工程地质分区38

4.2.5 岩土材料本构模型的建立39

4.3.1 确定开采设计初选方案的原则41

4.3 开采设计初选方案的确定41

4.3.2 正交试验设计法42

4.4 采矿设计优化的数值分析方法45

4.4.1 有限差分法(FDM)46

4.4.2 有限单元法(FEM)47

4.4.3 边界元法(BEM)48

4.4.4 离散单元法(DEM)50

4.4.5 其他数值分析方法52

4.4.6 耦合的数值分析方法54

4.4.7 有限单元法在采矿和岩土工程中的应用55

4.5 采矿设计优化的人工智能分析方法58

4.5.1 专家系统(Experts system,ES)59

4.5.2 人工神经网络(ANN)技术68

4.6 地下采矿多步开挖设计决策分析80

4.6.1 开挖步骤对开采稳定性的影响80

4.6.2 反转应力法多步开挖加载模型85

4.6.3 开挖稳定性能量分析87

4.6.4 多步开挖灰色能量突变决策模型89

第五章 新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究96

5.1 概况96

5.2 矿区地应力场测量99

5.2.1 矿区地应力场测量的目的和意义99

5.2.2 矿区地应力场测量中使用的技术100

5.2.3 矿区地应力现场测量实施步骤102

5.2.4 矿区地应力测量结果及其分析103

5.3 矿区工程地质水文地质调查与评价108

5.3.1 区域地质构造108

5.3.2 矿田地质构造110

5.3.3 区域水文地质特征111

5.3.4 矿田水文地质条件112

5.3.5 矿区岩体结构面分级114

5.3.6 矿区节理裂隙调查统计与分析115

5.3.7 矿区深部岩体稳定性质量分级评价122

5.4 矿岩物理力学性质试验126

5.4.2 试验结果127

5.4.3 试验结果评价与分析128

5.5 采矿设计优化研究129

5.5.1 采矿方法选择129

5.5.2 三维有限元数值模拟的基本思路和模型设计131

5.5.3 三维有限元计算结果分析138

5.5.4 采场结构参数神经网络识别优化研究149

5.6 采场稳定性监测与分析154

5.6.1 应力位移测点布置154

5.6.2 监测结果及其分析154

6.1.1 矿山简介158

6.1 概况158

第六章 玲珑金矿深部岩石力学与采矿方法综合研究158

6.1.2 项目研究的目的和意义160

6.1.3 主要研究内容160

6.2 矿区地应力测量161

6.2.1 测量技术和测点布置161

6.2.2 测量结果163

6.2.3 矿区地应力场的分布规律163

6.2.4 矿区地应力场与地质构造的关系165

6.3 矿区工程地质水文地质调查与评价167

6.3.1 区域地质构造167

6.3.2 矿田地质构造和矿脉168

6.3.3 矿田水文地质条件171

6.3.4 矿区节理、裂隙调查和分析172

6.3.5 矿区主要岩组岩体稳定性质量分级评价177

6.4 矿岩物理力学性质试验179

6.4.1 试验内容179

6.4.2 试验结果179

6.5 深部开采三维有限元分析185

6.5.1 计算模型和力学参数188

6.5.2 计算方案188

6.5.3 无充填开采计算结果及其分析189

6.5.4 充填法开采计算结果及其与无充填开采计算结果的比较分析196

6.5.5 有限元分析结论200

6.6 深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测201

6.6.1 基于岩石力学特性的评价201

6.6.2 能量分析的数值模拟研究203

6.6.3 岩爆预测的综合分析与评价207

6.6.4 相关结论与防治岩爆建议210

第七章 金川镍矿深部采矿方法研究211

7.1 概况211

7.1.1 矿山简介211

7.2.2 测点布置215

7.2.1 测量目的和测量技术215

7.2 矿区地应力场测量215

7.2.3 测量结果及其分析216

7.3 矿区工程地质调查与评价219

7.3.1 区域地质构造219

7.3.2 矿区地质构造及地层220

7.3.3 二矿区节理、裂隙调查及统计分析221

7.3.4 二矿区矿岩稳定性分区222

7.3.5 深部矿岩物理力学性质试验225

7.4 二矿区二期工程无矿柱连续回采二维有限元分析232

7.4.1 计算程序232

7.4.2 计算模型233

7.4.3 力学参数235

7.4.4 计算结果236

7.4.5 计算结果分析及比较237

7.5 二矿区二期工程无矿柱连续回采三维离散元法分析242

7.5.1 计算模型和计算程序242

7.5.2 材料类型和物理力学参数244

7.5.3 回采顺序模拟245

7.6 二矿区无矿柱连续回采稳定性现场监测253

7.6.1 监测方法和测点布置253

7.6.2 监测结果及其分析255

8.1 概况259

第八章 海沟金矿地压活动规律与控制方法试验研究259

8.2 矿区工程地质水文地质调查与评价262

8.2.1 矿区地质构造262

8.2.3 矿区水文地质条件263

8.2.4 矿区岩体节理、裂隙调查统计及与区域构造关系分析263

8.3 矿岩物理力学性质试验270

8.3.1 试验内容及试验结果汇总270

8.3.2 试验结果评价272

8.4 井筒与采场围岩稳定性分析272

8.4.1 计算程序272

8.4.2 力学参数274

8.4.3 主副井筒围岩稳定性分析三维计算模型及计算步骤275

8.4.4 主、副井筒围岩稳定性模拟计算结果及其分析278

8.4.5 采场围岩稳定性分析二维模型及计算步骤283

8.4.6 采场围岩稳定性分析模拟计算结果分析284

8.5 空区围岩稳定性现场监测与评价291

8.5.1 稳定性监测方案291

8.5.2 测试结果分析294

8.5.3 利用声发射和压力的联合观测预测岩体稳定性297

8.6 采空区地压控制与预防措施300

参考文献302