摘要
石灰石分布广、经济价值低，通常采用露天开采方式进行开采。受国家环保政策的限制，地下开采将成为一种有效的补充方式。石灰岩普遍具有层状优势节理构造，有别于其他金属矿采空区顶板，其失稳破坏方式具有鲜明的特点，给安全生产带来一定的难度。合理的采空区顶板结构参数直接影响采空区的稳定性及资源回采率。因此开展此领域相关研究具有十分重要的意义。 论文以某地区地下石灰石矿山采空区顶板为研究对象，在广泛现场调研的基础上，基于弹性力学和结构力学理论，开展层状节理石灰岩采空区顶板失稳破坏机理，以及顶板结构参数优化研究。论文主要工作如下： （1）开展地下石灰石矿现场调研，分析石灰岩顶板的赋存环境、结构特征、节理发育情况等，研究水平和倾斜层状节理石灰岩顶板的失稳破坏特征和主要影响因素。 （2）构建水平层状节理石灰岩顶板力学模型，给出顶板岩体破坏判定值Z，根据Z的4个峰值排序提出水平层状节理石灰岩顶板的脱落型(Ⅰ类)、挠曲型(Ⅱ类)、剪切型(Ⅲ类)等3种破坏类型，分析安全系数、侧压系数和顶板跨厚比对3种破坏类型之间转化的影响，揭示水平层状节理石灰岩顶板失稳破坏机理。 （3）构建倾斜层状节理石灰岩顶板力学模型，求解顶板的最大拉应力表达式，确定其位置分布。分析最大拉应力位置的变化规律，研究节理倾角、顶板厚跨比和上覆荷载对顶板最大拉应力的影响，揭示倾斜层状节理石灰岩顶板失稳破坏机理。 （4）基于水平、倾斜层状节理石灰岩采空区顶板力学模型求解矿柱应力分布，综合考虑顶板和矿柱的安全系数，提出水平、倾斜层状节理石灰岩顶板参数优化方法，通过算例分析了安全系数、节理倾角、矿柱高度与顶板结构参数的取值关系，遴选了不同条件下的合理顶板参数，实证分析校验参数选择的科学性。 研究成果将为地下石灰石矿床安全高效开采提供理论依据，具有十分重要的推广应用价值。
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