q系统岩体质量分级方法优化研究.pdf

长 沙 矿 山 研 究 院
硕 士 学 位 论 文




论文题目 ： Q 系统岩体质量分级方法优化研究
学科专业 ： 采矿工程

研究中心（所） ： 安全技术中心
研 究 生 姓 名 ： 吕冠颖
导 师 姓 名 及 唐绍辉
：

专业技术职称 教授级高级工程师（研究员级）
专业技术职称
研究


二 0 一八 年 五 月


专业技术职称
硕士学位论文 摘要
摘 要
湖南省花垣县铅锌矿储量丰富，一直采用房柱法开采，留下了大量
的未处理连片采空区，累计采空区体积超过 5000 万立方米。通过对多个
采区的采空区结构参数调查结果统计分析，发现大量的采空区顶板跨度、
暴露面积严重超过设计参数，矿柱留设极不规范，虽然也存在局部冒落、
矿柱开裂变形等破坏现象，但整体上并未产生大面积坍塌。采用传统岩
体分级以及理论方法分析的采空区稳定性状况不符合现场工程实际情况。
本文通过采空区现场实测参数与已有的岩体分级方法对比研究，围绕如
何对采空区极限跨度及暴露面积进行准确计算，开展了以下研究工作：
（1）收集整理现场资料，对矿山主要岩体灰岩、白云岩进行了室内
岩石力学实验，得到相关岩石力学参数。根据工程地质调查结果，采用
RQD、RMR、巴顿 Q 系统分类进行了岩体质量分级，在 Barton 极限跨度分
析法及 Mathews 图解法的基础上，计算得出采空区顶板容许跨度及暴露
面积。
（2）通过统计花垣铅锌矿山 1236 个采空区样本参数，与以 Q 系统
岩体分级方法为基础的采空区结构参数计算结果进行对比，因分级方法
统计样本的局限性，造成对于大尺度采空区的评判结果准确度降低，出
现不符合现场实际情况的现象。
（3）采用分层嵌套的方式建立了不同水力半径的采空区模型，利用
Midas GTS NX、Flac3D 等软件，对不同开采深度、不同水力半径、不同岩
性条件三个因素构成的 175 个实验样本进行了有限单元数值模拟分析，
通过应力、位移及围岩单元破坏率分析，得到不同影响因素与采空区围
I
硕士学位论文 摘要
岩稳定性之间的关系。
（4）在数值模拟计算的基础上，采用***@Risk 软件分析了围岩单元破
坏率，对破坏概率数据进行了差值拟合，得到新的 Mathews 稳定-过渡、
过渡-崩落界线；对拟合的 Mathews 稳定-过渡曲线反算，修正了 Q 系统
极限跨度计算公式。
优化后的 Mathews 稳定图及 Q 系统极限跨度计算方法所得计算结果
更贴近工程实际情况，对采空区样本稳定性评价结果更准确，研究成果
对完善岩体分级方法具有一定指导意义。