基于尖点突变模型的临时矿壁系统失稳机制及矿壁厚度优化

采矿与安全工程学报 ›› 2016, Vol. 33 ›› Issue (4): 662-667.

基于尖点突变模型的临时矿壁系统失稳机制及矿壁厚度优化

北京科技大学土木与环境工程学院，金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083

收稿日期:2015-06-01 出版日期:2016-07-15 发布日期:2016-07-25
作者简介:王贻明(1970—)，男，湖北省武汉市人，副教授，博士，从事岩石力学、溶浸采矿及膏体充填方面的研究。
基金资助:
国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAB08B02，2013BAB02B05)

Study on instability mechanism and thickness optimization of temporary ore wall based on cusp catastrophe model

Received:2015-06-01 Online:2016-07-15 Published:2016-07-25

摘要/Abstract

摘要： 针对临时矿壁系统失稳这一无间柱连续开采面临的重要问题，基于临时矿壁结构的稳定性力学模型研究，应用尖点突变理论分析了矿壁结构失稳的力学机制，得到矿壁屈曲失稳的尖点突变方程，获得矿壁失稳破坏的充分条件和必要条件。在此基础上，推导出矿壁失稳的极限厚度值的计算方法及其影响因素，并提出减小矿壁厚度、提高矿壁稳定性的3种控制措施。以安徽凤凰山铜矿工程为实例，其矿壁厚度的理论计算值应大于5.061 m，并进行了工业验证，实际生产中适宜的厚度值为5.5 m。工业应用结果表明，将尖点突变模型运用到临时矿壁系统中进行稳定性分析和参数设计计算是合理可行的。

关键词: 临时矿壁, 稳定性, 尖点突变模型, 厚度设计

Abstract: Aiming at the instability of temporary ore wall system, a main problem of non-pillar continuous mining, this paper has applied cusp catastrophe theory to analyze the instability mechanism of ore wall structure on the basis of the study of stability mechanical model of temporary ore wall structure. The cusp catastrophe equation of ore wall buckling instability has been obtained, as well as the necessary and sufficient condition of ore wall unstable failure. On this basis, the calculation method and the effect factors for limit thickness of ore wall unstable failure have been deduced and three control measures taken to decrease the thickness and increase the stability of ore wall have also been proposed. Combined with an example of Fenghuangshan copper mine in Anhui, the theoretical calculating value of its ore wall thickness is supposed to be bigger than 5.061 m, while the suitable value in production is 5.5 m, which has verified the theoretical value in industry. The industrial results have shown that the application of the cusp catastrophe model in the stability analysis and structure design of ore wall system is both reasonable and feasible.

Key words: temporary ore wall, stability, cusp catastrophe model, thickness design

王贻明，徐恒，吴爱祥，艾纯明，吴鹏. 基于尖点突变模型的临时矿壁系统失稳机制及矿壁厚度优化[J]. 采矿与安全工程学报, 2016, 33(4): 662-667.

WANG Yiming，XU Heng，WU Aixiang，AI Chunming，WU Peng. Study on instability mechanism and thickness optimization of temporary ore wall based on cusp catastrophe model[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2016, 33(4): 662-667.

[1]	袁超，张建国，王卫军，吕有厂，郭建伟，曹其俭，李文超. 基于塑性区分布形态的软弱破碎巷道围岩控制原理研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2020, 37(3): 451-460.
[2]	何青源，李迎春，周保精，吴保杨，张晓悟，张帅. 静态压剪载荷下岩石力学特征研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2020, 37(3): 586-593.
[3]	袁永，袁超峰，朱成，王鹏. 深部大断面硐室围岩变形柱体力学模型及其应用研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2020, 37(2): 338-348.
[4]	岳晓明，肖翠翠，叶美，刘子婧，安兆阳，欧阳神央. 新型矸石聚合物材料制备及其性能分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2020, 37(1): 169-175.
[5]	贾林刚，张华兴. 长壁充填开采充填体稳定性研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2019, 36(6): 1234-1239.
[6]	谢生荣，郜明明，陈冬冬，岳帅帅，潘浩，曾俊超，索海翔. 充填开采采场球应力壳分布及演化规律研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2019, 36(1): 16-23.
[7]	余伟健，吴根水，安百富，张建. 裂隙岩体巷道大变形特征与稳定性控制[J]. 采矿与安全工程学报, 2019, 36(1): 103-111.
[8]	张震，徐刚，黄志增，王东攀，高晓进，刘少虹. 煤柱稳定性分析评价的高频电磁波CT技术研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(6): 1150-1157.
[9]	解盘石，伍永平，罗生虎，王红伟，郎丁. 大倾角大采高采场倾向梯阶结构演化及稳定性分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(5): 953-959.
[10]	刘艳章，刘永涛，吴恩桥，叶义成，潘世华，陈小强，邹晓甜，张奎. 考虑边坡稳定性的露天转地下开采隔离层厚度指标函数分析法[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(5): 1005-1013.
[11]	黄万朋，李超，邢文彬，袁奇，曲广龙. 蠕变状态下千米深巷道长期非对称大变形机制与控制技术[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(3): 481-.
[12]	赵永，杨天鸿，张鹏海，于庆磊，周靖人. 基于微震监测的露天坑底采空区劣化过程分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(3): 575-.
[13]	徐帅，安龙，刘冬，李元辉，卢栋. 高陡边坡下挂帮矿分区开采技术及其安全性分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(3): 582-.
[14]	付建新，宋卫东，谭玉叶. 双层采空区重叠率对隔离顶柱稳定性影响分析及其力学模型[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(1): 58-63.
[15]	赵永，杨天鸿，张鹏海，周靖人，于庆磊. 基于微震参数的岩体损伤过程数值模拟分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(1): 213-220.