硬岩矿山采空区损伤失稳机制与稳定控制技术
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四川成都
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作者付建新 等 著
出版社冶金工业出版社
ISBN9787502472900
出版时间2016-08
装帧平装
开本16开
定价56元
货号1201411977
上书时间2024-10-11
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作者简介
宋卫东，男，1966-，教授、博士生导师。1989年获北京科技大学采矿工程学士学位，1992年获北京科技大学采矿工程硕士学位，2000年获北京科技大学采矿工程博士学位，2008.11～2009.11，加拿大不列颠哥伦比亚大学访问学者。2004获教育部新世纪很好人才支持计划资助，是“复杂难采矿床高效开采理论与技术”教育部创新团队主要成员，兼任中国金属学会采矿委员会地下采矿委员会副主任。
目录
1概述
1.1采空区稳定性研究的重要意义
1.2金属矿山采空区研究现状
1.2.1采空区稳定性分析与研究
1.2.2深部硬岩矿山采空区稳定性研究现状
1.2.3采空区失稳机制及模式研究现状
1.2.4深部硬岩卸荷力学特性及本构模型研究现状
1.2.5采空区稳定性控制及处理技术
1.3采空区失稳机制与稳定性控制研究面临的主要问题
1.3.1采空区形态复杂程度定量表征及其与稳定性的相关性
1.3.2单一采空区稳定性敏感特征与多采空区耦合结构效应
1.3.3高应力复杂路径下岩石力学性质
1.3.4深部矿山嗣后充填法采空区失稳机制及稳定性特征
1.3.5采空区失稳灾变模式与控制技术
2金属矿山采空区形成及特征
2.1采空区概念及基本特征
2.2采空区分类及特性
2.2.1根据不同的开采方法分类
2.2.2根据采空区存在时间分类
2.2.3根据采空区空间形态分类
2.2.4根据采空区规模大小分类
3高应力复杂条件下岩石损伤演化规律及数学模型
3.1引言
3.2试验设备及试验应力路径
3.2.1实验设备
3.2.2试验方案
3.3岩石常规三轴加载试验力学响应
3.3.1应力应变规律分析
3.3.2围岩强度分析
3.3.3岩石变形规律分析
3.3.4岩石破裂特征分析
3.4轴向压力恒定的匀速卸载围压试验
3.5轴向压力增加的匀速卸载围压试验
3.6不同应力路径下的岩石力学响应特征对比
3.6.1不同应力路径下的岩石强度特性
3.6.2不同应力路径下的岩石破裂特征
3.6.3声发射计数率变化规律
3.6.4声发射能量特征变化规律
3.7复杂应力路径下岩石损伤演化规律
3.7.1高应力复杂条件下岩石损伤能量耗散分析
3.7.2常规三轴加载
3.7.3轴压恒定的卸围压应力路径
3.8基于最小耗能原理的损伤演化分析
3.9本章小结
4采空区空间形态分形特性及边界模拟预测
4.1引言
4.2计盒维数与矿体分形特性
4.2.1计盒维数
4.2.2矿体分形特性
4.3采空区三维精细模型及空间信息的获取
4.3.1金属矿山采空区基本特征
4.3.2采空区三维精细模型及信息获取
4.4采空区分形特征研究
4.4.1采空区边界线一维分形特性
4.4.2采空区平面区域二维分形特性
4.4.3采空区顶板三维分形特性
4.4.4采空区分维值的物理意义
4.5基于分形插值理论的采空区边界模拟与预测
4.5.1分形插值基本理论
4.5.2工程实际应用
4.6本章小结
5金属矿山采空区稳定性敏感特征分析
5.1引言
5.2金属矿山采空区稳定性影响因素分析
5.2.1采空区结构因素
5.2.2采空区赋存环境
5.3单一采空区稳定性敏感分析
5.3.1单一采空区稳定特征的结构效应
5.3.2采空区分维值与采空区稳定性关系
5.3.3赋存环境对单一采空区稳定性的影响规律
5.4多采空区耦合结构作用效应
5.4.1相似材料试验研究
5.4.2多采空区耦合效应的数值模拟分析
5.5结构面对采空区稳定性的影响
5.5.1单组结构面对采空区稳定性的影响
5.5.2可产生滑塌锥的结构面对采空区的影响
5.6本章小结
6不同空间形态采空区围岩扰动规律与顶板力学模型
6.1引言
6.2立方型采空区形成过程围岩扰动规律
6.2.1工程背景
6.2.2围岩扰动规律现场监测布置
6.2.3围岩扰动规律及稳定特征分析
6.3狭长型采空区形成过程围岩扰动规律
6.3.1工程背景
6.3.2围岩扰动规律现场监测及分析
6.3.3基于精细探测的采空区围岩稳定状态分析
6.4不同类型采空区顶板力学模型构建
6.4.1基于弹性厚板理论的立方型采空区项板稳定研究
6.4.2基于弹塑性理论的狭长型采空区顸板稳定研究
6.5本章小结
7渗流-应力场耦合下采空区稳定性研究
7.1经典节理渗流模型简介
7.1.1单一裂隙渗流模型
7.1.2粗糙节理水力学模型
7.1.3单裂隙渗流与应力耦合
7.1.4裂隙网络渗流模型
7.2数值模拟与结果分析
7.2.1节理剪切本构模型的选择
7.2.2模型的建立与参数选择
7.2.3数值模拟分析
7.3本章小结
8深部嗣后充填法采场采空区围岩卸荷失稳机制
8.1引言
8.2开采卸荷数值模拟仿真原理
8.2.1采空区形成过程围岩应力状态
8.2.2采空区岩体卸荷荷载算法及步骤
8.3采空区形成过程中围岩能量释放规律
8.4基于尖点突变理论的采空区失稳局部能量突变判别准则
8.4.1采空区系统失稳的能量失稳准则基础
8.4.2岩石单元局部能量突变准则
8.5工程背景概述
8.5.1工程地质条件
8.5.2围岩物理力学特征
8.5.3深部地应力实测及分析
8.5.4模拟开采方案
8.6嗣后充填法采场采空区卸荷数值模型构建及实现
8.6.1数值分析模型构建
8.6.2边界条件
8.6.3物理力学参数
8.6.4开采卸荷扰动区确定原则
8.6.5卸荷数值计算过程的实现
8.6.6能量释放指标的数值解算及可视化实现
8.6.7深部采空区围岩稳定状态分析指标
8.7分段空场嗣后充填法围岩卸荷失稳机制
8.7.1采空区围岩应力场演化规律分析
8.7.2采空区围岩位移场演化规律分析
8.7.3采空区围岩塑性区扩展规律分析
8.7.4采空区围岩能量演化规律分析
8.7.5基于局部弹性释放能突变的稳定性判别
8.8本章小结
9基于能量链式效应机理的采空区稳定性控制技术
9.1引言
9.2采空区失稳灾变链式特性
9.2.1采空区系统基本特点
9.2.2采空区失稳灾变链式特征
9.2.3采空区失稳灾变链演化过程与规律
9.3采空区失稳灾变能量链式效应机理
9.3.1采空区周围岩体能量分析
9.3.2围岩能量链式效应耗散结构理论分析
9.3.3采空区能量链式演化规律
9.4能量链式演化数学模型
9.4.1能量链式关系结构分析
9.4.2能量链式效应演化的数学模型
9.4.3采空区失稳灾变能量链式启动判据
9.5基于能量链式效应的采空区稳定性控制
9.5.1采空区失稳灾变能量链断链控制机制
9.5.2采空区失稳灾变能量链断链措施
9.6深部采空区稳定性控制工程实例
9.6.1大尹格庄金矿概述
9.6.2矿区工程地质与开采技术条件
9.6.3开采现状概述与调查
9.6.4采空区稳定性控制技术
9.7本章小结
10金属矿山采空区稳定性分析工程实例
10.1空场法房柱式采空区稳定性分析
10.1.1工程背景
10.1.2石人沟铁矿采空区CMS三维激光扫描及分析
10.1.3基于CMS实测的采空区稳定性数值模拟分析
10.1.4采空区稳定性分析模糊综合评判
10.2充填法狭长型采空区稳定性分析
10.2.1工程背景
10.2.2果洛龙洼金矿采空区CMS三维激光探测及分析
10.2.3基于CMS实测的采空区稳定性数值模拟分析
10.2.4基于现场调查及Mathews稳定性图法采空区优选跨度计算
10.3崩落法隐覆型采空区稳定性分析
10.3.1工程背景
10.3.2岩石力学参数和地应力场
10.3.3边界条件和初始平衡
10.3.4模拟分析方案
10.3.5计算结果分析
参考文献
内容摘要
本书针对硬岩矿山采空区的稳定机制与控制理论做了系统的阐述，对近期新的研究成果进行了归纳总结，并辅以工程案例，全书共包含10章的内容，从采空区概念及结构特征入手，充分考虑了地下开采实际的应力条件，充分考虑地下开采过程中的实际力学条件，引入系统论及能量观点，同时融合了岩石力学、分形几何学、弹塑性力学、蠕变理论、结构力学、灾变链式理论、非线性科学等众多学科理论的优选思想，对浅部及深部硬岩金属矿山采空区的稳定性特征进行较全面的研究，并提出了基于能量链式效应的采空区控制理论，采用室内力学实验、理论研究、数值模拟、现场监测、实证研究等多种方法，对硬岩矿山采空区的损伤失稳机制、稳定性控制技术及工程应用开展了深入研究，为金属矿山采空区的稳定性控制及灾害治理提供了科学指导，
本书可供金属与非金属矿开采理论及其工程应用领域的科研人员及高等院校相关专业的师生阅读，也可供采矿工程技术人员及矿山生产管理人员参考。
精彩内容
地下开采是金属矿开采的主要方式.长期大规模开采及处理的滞后.形成了大量的采空区.成为了矿山的重大危险源之一.由于采空区自身结构及赋存环境的复杂性.造成采空区稳定性难以判断.无法及时采取有效措施.尤其是进入深部开采后.高地应力使采空区赋存环境进一步恶化.因此.采空区稳定与否.是保证安全开采的关键因素.
本书作者通过多年的科研工作.在硬岩金属矿山采空区围岩实验研究、稳定性分析及灾害控制方面积累了丰富的理论及实践经验.熟知目前采空区稳定性机制及控制最新的技术及理论研究的新进展.为了使读者尤其是现场一线技术人员更好地理解采空区的探测技术及分析手段.本书精选了简明易懂的材料.并选取了大量的工程应用实例.内容具体而充实.
全书共分９章.第１章对金属矿山采空区稳定性研究的现状进行了简单介绍.第２章对采空区的概念、分类及主要特性进行了阐述.第３章采用室内力学实验对复杂应力条件下的损伤演化规律进行了研究.第４章基于分形几何理论对采空区形态的分形特征进行了研究.第５章对采空区稳定性影响因素的敏感性特征进行了分析.第６章则对不同空间形态的采空区的围岩扰动规律进行了分析.并建立了相应的力学模型.第７章对渗流及应力场耦合作用下的采空区稳定性进行了分析.第８章对深部采空区的卸荷失稳机制进行了分析研究.第９章基于能量链式效应.提出了采空区稳定性控制理论.并结合工程实例进行了的阐述.
在本书出版之际.衷心感谢北京科技大学吴爱祥教授、胡乃联教授、高永涛教授、李长洪教授、谢玉玲教授在科研上给予的指导和帮助.以及杜建华博士、吴珊博士、孙新博硕士、母昌平硕士和汪海萍硕士的辛勤付出.
在编著过程中.武钢程潮铁矿和大冶铁矿、青海山金矿业有限责任公司、河北钢铁石人沟铁矿、山东招金矿业等有关单位提供了翔实的资料和数据.在此谨对上述单位表示谢意!
本书的出版得到了国家自然科学基金(Ｎｏ.５１３７４０３３)、中央高校基本科研业务费专项资金(
ＦＲＦ￣ＴＰ￣１５￣０４２Ａ１)、教育部博士点基金((Ｎｏ.２０１２０００６１１００２２)的资助.
限于时间和水平.书中难免有不妥之处.恳请专家、学者不吝批评和赐教.
作 者２０１６年０４月
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