金川二矿区地表裂缝沉降变化规律及形成机制分析

我国最大的充填法开采矿山——金川二矿区在采用胶结充填采矿法开采18 a后,发现了大范围的山体开裂和地表裂缝,引起了人们的关注.因此,研究充填法开采矿山地表裂缝沉降变化规律及形成机制成为一项重要课题.以实地踏勘调查与地表GPS监测的长期现场数据为依据,阐述了金川二矿区自2000年2月以来呈现大范围地表岩体沉降开裂的现象.通过裂缝区调查、测绘与槽探,揭示了地表裂缝区范围与特征;从沉降裂缝区的形成、岩体移动与变形规律及沉降裂缝发展趋势等方面,分析了金川二矿区地表裂缝沉降变形规律;由矿区地质构造、围岩应力分布出发,结合高强度采矿活动的影响,探讨了地表裂缝沉降的形成机制及影响因素.最后,针对金川二矿区地表沉降开裂现象提出了认识与建议.     

充填采矿法引起的地表变形数值模拟研究

胶结充填采矿法开采急倾斜矿体对地表的影响与其他采矿方法不同,有着自己的规律。本研究利用FLAC3D数值模拟软件对金川充填采矿法引起的地表变形进行了研究,提出了金川二矿区地表变形的一般规律,初步得出金川二矿区地表裂缝的产生是由于采矿所引起的结论;并且解释了地表裂缝的出现滞后于开采的现象;对计算结果用GPS测量结果进行了校合,验证了计算的可靠性;最后,研究了充填体弹性模量对地表沉降的影响。     

金川矿山两体岩石力学问题初探

金川二矿区深部采场面积将达到10万m2,埋深将接近1000m,深部采场围岩及充填体的稳定性成为当前的核心问题。针对由充填法开采引起的地表移动、变形和破坏等问题,分析了大量充填体形成的"人工岩体"、"空壳体"与天然地质体之间的性质差异及其相互作用机理,借鉴两体力学试验分析结果,提出了金川矿山深部开采面临的两体岩石力学问题。     

金川二矿区地表开裂过程的数值模拟

基于平面应变弹塑性理论建立的有限元模型,利用死单元表示矿体采空区域的方法,数值模拟了金川二矿区1号矿体开采过程中地表裂缝形成和发展的全过程,并对地表裂缝的进一步发展作了预测,模拟得到的地表开裂时间和地表裂缝分布范围均与实际相符。通过分析采矿过程中矿区岩体的应力变化,半定量地给出了地表开裂的力学原因。     

程潮铁矿井区变形监测分析及处置建议

程潮铁矿东主井和西风井区相继出现地表裂缝和井筒开裂现象,且地表裂缝范围在不断扩大,已经对东主井和西风井的结构安全构成威胁。为此,主要依据井筒开裂和地表裂缝的现场调查以及在变形监测的基础上,对井筒结构及地基变形开裂的岩体力学机理进行分析,探讨了东主井和西风井井区地表变形和井筒开裂的成因,得出地下水疏干和地下采矿是引起地表变形和地面塌陷现象的直接原因,而矿区工程地质构造和水文地质条件等对地表变形特征产生影响,并提出了相应的减缓井区地表变形的措施。     

大红山铁矿露天——地下联合开采岩移发展规律研究

地下开采产生的地表移动会影响邻近露天采场边坡的稳定性。以大红山铁矿露天—地下联合开采为例,采用微震、地表开裂观测等多种方法进行岩移监测和数据分析,探究了地下开采引起的岩体移动与地表开裂规律。首先,对历史监测数据进行了整理和分析,包括地表塌陷和裂缝的发育情况。其次,针对地下开采过程中的围岩变形特点,开展微震数据分析,获取了岩体损伤破坏信息。同时,结合矿山地质资料,统计数据得出了陷落角的变化范围。结果表明:大红山铁矿露天—地下联合开采,岩体移动发展阶段可划分为:冒落及地表贯通的岩移阶段、陷落区充分发展的岩移阶段、F2断层影响的陷落角非对称发育阶段、废石充填与深部开采下的岩移阶段。西北部陷落角发育范围为75°～81°、东南部陷落角发育范围为65°～82°。研究可为类似地质及工程条件矿山岩移发展规律分析提供一定参考。     

地下铁矿扩界开采地表影响范围计算

矿山开采过程中往往会形成一定的空区造成地表的沉陷。为确保矿山的安全生产并提供地表影响范围计算的科学依据,针对某铁矿采用胶结充填法采矿需进行扩界开采的工程实际,将该矿的地表影响范围运用概率积分法和FLAC3D数值模拟软件进行预测。在已知该矿9条勘探线矿体形状的基础上,取地表沉陷数值为参考标准计算出地表最大变形区域;以FLAC^3D建立矿山的仿真模型,真实反映矿区的三维地理、地质信息和各地层材料的内在属性,模拟开挖过程中地表变形的动态发展,最终确定地表变形等值线图。由此得出矿区开采中心部位沉降值为18 mm,生产企业周围沉降值cm级以下,居民住房位于2 mm沉降圈以外,扩界开采带来的影响较小。地表监测数据进一步佐证了上述计算的准确性,扩界开采地表沉降范围计算可以指导矿山生产保证安全,有长远的意义。     

高构造应力下充填采矿引起的地表变形规律

为了揭示高构造应力复杂环境下充填采矿诱发的地表变形规律及内在机理,以金川二矿区为工程背景,借助数值计算、现场监测及理论分析等手段,对二矿区地表沉降变形规律的时空演化过程进行研究。结果表明：构造应力环境下充填采矿引起的地表垂直变形经历了萌芽、分化及发展阶段,地表由起初的整体沉陷变形逐渐演化为一个下沉变形区域和一个上升变形区域,且后续矿体回采,将进一步促进地表位移上升区域的发育,但下沉变形逐步趋于稳定,这与自重应力型矿山地表沉陷特征存在本质的区别。水平构造应力、围岩的力学性质、充填体等的共同作用则是产生地表上升变形的内在动力。     

高水材料短壁机械化充填开采地表沉陷规律研究

为了研究高水材料短壁机械化充填采煤法的地表沉陷规律及地表沉陷控制效果,以某矿区试验工作面地表沉陷数据为基础,研究了短壁机械化充填开采的地表移动与变形规律,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。结果表明,短壁机械化充填开采地表沉降变常规开采的一次沉降为分阶段的缓慢沉降,采用该方法在埋深230m,采高2.5m的近水平煤层充填开采时,地表最大下沉值、下沉速度分别为180mm与2.4mm/d,相比综采垮落法地表下沉值与下沉速度分别减小92%与96.3%,且下沉盆地范围明显减小,地表移动与变形值控制在《"三下"采煤规程》规定的I级范围以内,满足地表一般建(构)筑物的保护要求。     

深部金属矿山崩落区沉降分析

金属矿山采用崩落法开采形成从开采阶段至地表的崩落区,崩落区岩体在地下开采扰动作用下累积 应变进而引起崩落区上方地表变形等问题,对矿山的安全生产构成极大威胁。以狮子山铜矿深部开采为背景,研 究深部金属矿山崩落区沉降对矿山的整体影响。利用 HyperMesh 软件构建狮子山矿崩落区数值模型,采用大型有 限元软件 LS-DYNA 计算崩落区围岩体在静力条件下形变及崩落区上方地表沉降。数值模拟结果表明,静力作用 下崩落区围岩体产生应力集中,应力集中程度随深度的增加而增加。根据地表沉降数值模拟结果,得到了狮子山 矿崩落区上方易于发生地表沉降位置并预测了沉降值范围。研究成果可为采用崩落法矿山预测崩落区围岩形变、 地表沉降及矿山安全生产提供参考。     

金川龙首矿充填采矿与地表沉降规律探讨

金川龙首矿采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,采用双中段大盘区同时回采的模式。应用FLAC^3D数值分析软件,探讨了龙首矿进路式采矿及充填对地表下沉的影响规律。通过对开挖区地表11个监测点的位移监控,得出了地表变形不仅存在着沉降运动,还伴随着复杂的拱起变形等结论,同时探讨了矿山应重点监测区域,为防止地表大范围变形破坏提供了理论依据与技术指导方向。     

徐楼铁矿地面沉降成因及预测

为深入分析徐楼铁矿地表沉降成因,预测矿区地面沉降规律,首先分析了该矿一期采矿工程地面沉降的发育现状,然后从围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等方面对矿区地面沉降成因进行了讨论,最后基于矿区现有的工程地质资料及地面沉降监测资料,采用概率积分法和曲线拟合法预测了矿区地面沉降范围及沉降量,并对预测结果进行了分析。结果表明：①该矿区地面沉降是围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等因素共同作用的结果;②概率积分法预测的采空沉陷区面积约0.22 km2,矿区主井、副井、风井及采矿工业场地大部分位于预测采空塌陷区内,可能引发的采空区塌陷灾害危险性较大;③曲线拟合结果与实测数据较吻合,可较好地反映矿区沉降的实际情况,精度较高。上述结果进一步表明：近年来,矿区地面沉降量和沉降范围呈剧烈加速的趋势,实测沉降影响范围及沉降量远小于预测结果,可见地表仍有一部分建（构）筑物及设施位于预测沉降范围内,此外,随着二期采矿工程的全面展开,矿区地面沉降量及沉降范围在短期内仍会继续增大。     

金川二矿区大范围地压监测方案及初步成果分析

金川二矿区为我国特大型地下矿山,采用机械化盘区下向进路胶结充填采矿。二矿区连续开采面积大、年出矿量大,加上矿山工程地质条件较差,地应力大等原因,使得地压问题突出。详细介绍了二矿区大范围地压监测的基本方案、测点布置方式及其典型的测点布置图、采用的监测方法和仪器设备等;在针对围岩体应力、位移等现有监测数据的基础上,初步分析了个监测点的数据变化与发展趋势,针对二矿区大面积开采和水平矿柱开采过程中对14行回风井、大范围上下盘围岩体的影响进行了分析与初步评价,并得到了一些对安全生产有指导和参考价值的初步结果。     

基于MSPS系统和FLAC3D软件的地下开采地表沉陷预测分析

地下开采可能诱发地面建(构)筑物变形及地表环境破坏,造成巨大损失。为研究地下开采后能否消除对地表建(构)筑物的安全影响,以拟采用充填采矿法开采的某金矿为工程背景,依据地下开采地表沉陷理论,运用MSPS和FLAC_^3D相结合的方法,对充填开采后地表沉陷进行预测分析与对比印证,确定矿区充填开采后地面沉陷范围与大小。预测分析结果表明：该矿采用充填法开采,并采取合理的安全对策后,由地下开采所诱发的地面沉陷变量均未超过地面保护对象的地表允许变形值,满足建(构)筑物保护等级的要求;MSPS系统预测的地表最大下沉值偏大,而FLAC_^3D软件预测的地表最大下沉值较小,可能与数值模拟岩体力学参数取值有关,两种方法预测的地表最大下沉值都在允许变形范围内。分析结果对该矿安全设施设计以及类似矿山地表稳定性分析具有参考价值。     

神东矿区房采采空区下综采工作面动载矿压防治技术

神东矿区早期由于设备、回采工艺及历史原因等采用了房柱式开采。该工艺回采率低,遗留了大量煤柱,造成下层煤开采时矿压显现剧烈并存在有毒有害气体,严重影响采掘安全。鉴于此,阐述了房柱式采空区下综采工作面动载矿压的形成机理,可概括为3个阶段:1上覆房采煤柱受二次采动影响发生崩解破坏,顶板出现裂隙和弯曲下沉;2下分层综采工作面的破坏裂隙扩展至整个岩层;3上覆残留煤柱的回旋断裂与下分层综采工作面周期来压叠加,形成动载矿压。总结了安全掘进和回采的技术方案,主要包括3方面:1设计初期,合理布置采掘工作面位置;2回采时采用微震监测、矿压监测、地表裂隙与沉降观测的技术措施;3采用的工程措施主要有残留煤柱爆破、地表预裂技术及采空区充填。     

水体下急倾斜煤层开采采空区矸石充填技术

在煤炭开采时当煤层上方直接为水体时,如果不采用充填采空区的方法,那么就会造成矿井水灾影响正常采煤生产。根据龙湖煤矿的补给水源,分析矸石充填的作用机理,实验获得孔隙率与岩体强度关系,根据地质条件确定了整体充填部分注浆的方案。现场实践表明,该方法可抑制顶板下沉和顶板导水裂隙的扩展,缓和工作面支承压力产生的矿压显现,防止矿井突水事故的发生。     

塌陷空区治理及稳定性分析

毛坪铅锌矿在采矿活动中,地下空区发生了垮塌,导致矿区地表边坡出现多处塌陷坑及裂缝,危及了地表的安全,影响了井下矿体的回采。对山坡坍陷开展工程地质调查,并分析其成因,提出井下塌陷空区采取充填及封闭处理,对地表塌陷坑进行高、低压注浆加固固结充填体,并清理地表危岩。采用数值模拟的方法,进行了空区治理前及空区治理后的稳定性对比分析。分析结果认为矿山采用的治理方法能够保证矿山地表稳定,保障矿山深部矿体的安全开采。     

膏体充填回收孤岛煤柱围岩控制技术研究

随着煤矿的长期开采，各种孤岛煤柱的安全、高采出率回收成为矿井亟待解决的难题。针对朱村矿东一下山保护煤柱回收难题，采用膏体充填法进行回采。分别从工作面液压支架与围岩的相互作用关系及支护强度要求、充填期间“充填体—上覆岩层”支撑结构体系的稳定性和充填体强度要求以及充填率对地表开采沉陷的影响3方面进行了分析研究。通过采用膏体充填开采，工作面巷道围岩稳定，上覆岩层无明显裂隙离层发育，表现为随工作面开采整体缓慢下沉状态；按开采高度2.5 m计算，地表下沉系数为0.137，地表建筑物在Ⅰ级损坏之内。     

矿山采空区的冒落规律研究及其监控措施

以西石门铁矿南区采空区为研究对象,依据矿岩的点荷载强度测定与结构面调查,对岩体稳定性进行分级.指出南区采空区顶板冒落形式,一是以散体形式零星冒落,另一是批量冒落.通过对南区地表塌陷坑周围裂纹扩展与并下揭露岩体的观察,进一步研究分析采空区的冒落规律及消除空区危害的监控措施.     

金川废弃物及在充填采矿中综合利用研究现状与展望

金川镍矿深井与贫矿充填法开采面临采矿经济效益和环境保护压力。利用废弃物开发低成本和高性能充填胶凝材料,对于提高采矿经济与社会效益与金川矿山可持续发展具有重要意义。首先,调查金川公司废弃物现状及资源化利用存在的问题;然后,总结分析金川矿山废弃资源开发利用研究进展与技术进步成果;在此基础上,提出金川固体废弃物在充填采矿中资源化综合利用的技术途径及关键技术,并给出在金川矿山充填采矿中资源化综合利用研究技术路线;最后,展望金川矿山实现废石、废渣、尾砂等固体废弃物资源化综合利用经济效益与发展前景。