摘 要

随着经济的发展，人们对自然资源的需求越来越大。对自然资源的大量开采必然引发地质灾害，采空区就是其中之一。采空区经常发生冒顶、片帮等现象，产生冲击波或冲击气浪，影响矿山的安全高效生产。因此，采空区稳定性分析及治理方法显得越来越重要。

本文通过软件对锡铁山铅锌矿采空区稳定性进行三维建模和数值模拟分析，通过对研究结果的分析得出采空区的稳定性状态，以便提出对采空区的治理方案，所得结果对于采空区的处理和安全事故的预防具有重要的指导意义。

论文以锡铁山铅锌矿的地质资料为基础对其采空区进行三维建模和分析研究，研究结果发现其采空区为不稳定状态，需要及时治理，并提出了封闭法治理采空区。

关键词：采空区；稳定性分析；

Abstract

With the development of economy, people's demand for natural resources is growing. The exploitation of natural resources will inevitably lead to geological disasters, gob is one of them. Mined areas often take the roof, such as the impact of the mine to help the safe and efficient production. Therefore, the stability analysis and control method of goaf is becoming more and more important.

In this paper, three-dimensional modeling and numerical simulation analysis of the stability of mined-out area of Xitieshan lead-zinc mine are carried out by software. The stability of mined-out area is obtained by analyzing the research results in order to put forward the treatment plan of goaf, The results are of great significance for the treatment of goaf and the prevention of safety accidents.

Based on the geological data of Xidieshan lead-zinc mine, the three-dimensional modeling and analysis of the goaf are carried out. The results show that the goaf area is unstable and needs to be treated in time, and the closed method Area.

Key Words：goaf；stability analysis；

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题背景及目的意义 1

1.1.1课题背景 1

1.1.2目的意义 1

1.2研究内容及技术路线 2

1.3国内外研究现状 3

1.3.1 采空区探测技术研究现状 3

1.3.2 采空区稳定性监测研究现状 4

1.3.3 采空区稳定性分析研究现状 4

1.4 本章小结 5

第二章 矿山和采空区概况 6

2.1 锡铁山铅锌矿地理位置、交通及自然地理 6

2.2 矿区工程概况 7

2.2.1 矿区地质情况 7

2.2.2 矿床开采技术条件 8

2.2.3 矿区开采现状 8

2.3 采空区现状 8

2.3.1 独立小规模采空区 8

2.3.2 连续较小规模采空区 9

2.3.3 连续大规模采空区 9

2.4 本章小结 9

第三章 采空区三维建模与数值模拟分析 10

3.1 软件简介 10

3.2 建模与方案设计 11

3.2.1 三维建模 11

3.2.2 计算方案设计 15

3.2.3 初始应力场及边界条件 15

3.3 计算参数选择 15

3.4破坏准则 15

3.5数值模拟计算分析 16

3.5.1 初始状态 16

3.5.2 第一步开挖 18

3.5.3 第二步开挖 21

3.5.4 第三步开挖 23

3.6 采空区稳定性评价 26

3.6.1 整体安全系数 26

3.6.2 各采空区安全系数 27

3.7 本章小结 28

第四章 采空区治理方法 29

4.1治理方案选择 29

4.2封闭法治理采空区 30

4.2.1平巷封闭法 30

4.2.2竖向工程封闭法 30

4.2.3安全技术要求 31

4.3 本章小结 31

第五章 结论及展望 32

5.1结论 32

5.2展望 32

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

1.1课题背景及目的意义

1.1.1课题背景

锡铁山铅锌矿地理位置为青海省大柴旦锡铁山镇，投产于1987年，到如今采矿工程已经形成了大量地下采空区，根据调查报告显示，地下采空区体积已达320万m³，由于矿山现在生产能力和产量不断增加，采空区的体积每年也以几十万m³的速度不断增长。采空区围岩构造主要存在于下盘大理岩与上盘绿泥石英片岩之间。大理岩稳定性比较好，绿泥石英片岩在遇水时或处于构造复杂部位时稳定性比较差。采空区的存在形式有以下三种：远离生产作业区独立存在较小规模采空区、互相联通且靠近生产作业区的中等规模采空区、位于同一矿带上下中段贯通的较大规模采空区。采空区的存在必然影响到矿山的安全生产。

从投产到现在，在锡铁山铅锌矿29～57线成了三个比较大陷坑。三陷坑中最大的一个是一陷坑，它是矿回生的，尤其是 1999年330采场和331采矿柱爆引起了采空落、地陷等现象后, 从地面观测情况看，一号塌陷坑塌陷区域主要存在于39～46线间，东西走向长约 167m ，南北平均宽度约18m，深度约30m，塌陷体积约3.746×10⁵m³。一矿回采041、044、047 等采产生了二号和三号塌陷坑。产生因主要为采场顶地面较近，上表的松化层塌落。二号和三号塌陷坑围岩较为稳定。

1.1.2目的意义

、。人口、资源、环境和灾害，也是四大基本问题。经过多年的努力，我国目前已成为世界上的采矿大国，房柱法、全面法、留矿法等空场法是我国的地下矿山进行开采工作的主要方法，这些矿山每年都要形成几百万立方的采空区。大多数矿山并没有对采空区进行及时的处理，并且重视程度不够。目前，采空区的处理问题已经成为制约矿山安全绿色发展的一个重要难题。随着矿山的发展，开采时间和范围的增加，不少地下矿山的采空区数目和体积都在不断扩大，当空区体积达到一定大小之后，若不对采空区进行及时必要的处理措施，就会引起采空区大面积的失稳，将造成采空区周边范围内的人员伤害和设备损失，不利于矿山的安全高效生产。本论文的目的就是，通过对矿山地质情况和采空区分布范围空间形态特征等资料的了解建立三维模型，并利用等软件进行稳定性分析，达到对采空区稳定性的监测和预警，采取必要的治理措施尽量避免安全事故的发生。

一方面，对矿山采空区的稳定性分析能够提前发现事故隐患，从而采取必要的治理措施避免安全事故的发生，有利于采矿作业安全和矿山的持续发展。随着对采空区稳定性分析的研究发展的越来越深入，采空区的治理技术变得越来越成熟，采空区稳定性问题将不再会是制约矿山发展的难题，矿山的发展前景必定越来越好。另一方面，通过本次对采空区稳定性分析和评价的学习和研究，我得到了更多的锻炼，将课堂上的理论知识用于实际问题，互相印证，不仅加深了对理论知识的理解，也增强了解决实际问题的能力，有利于自己得到更好的发展。

1.2研究内容及技术路线

了解该青海铅锌矿的采空区资料，掌握矿区地质情况、采空区的分布范围、空间形态特征，学习FLAC^3D、ANSYS等数值模拟软件，分析影响采空区稳定性的因素，根据矿区已形成的部分采空区资料，利用三维数字化软件和CAD软件将采空区进行三维可视化建模，利用数值模拟软件对采空区的稳定性进行模拟分析，通过分析得到采空区周围岩体和矿柱的应力场、位移场的分布情况，计算并进行采空区稳定性分析从而了解和监测采空区的稳定情况，避免安全事故的发生。