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。     

风景名胜区下铜矿开采地表沉降安全影响研究

针对地下开采引起的地表沉降问题，结合凤凰山铜矿开采历史及现状，为保障矿区地表凤凰山风景名胜区及建构筑物安全，通过理论计算和数值模拟分析，对凤凰山铜矿充填法开采过程中产生的地表沉降进行综合分析。根据“三带”理论，计算得出了凤凰山铜矿深部开采过程中采空区冒落最大影响高度。利用 FLAC3D软件，对矿山历史和未来开采全过程进行了模拟，得出了矿山开采结束后地表垂直位移和水平位移值。根据提取的位移数据和变形计算公式，计算得出了地表风景区建构筑物附近的倾斜、曲率和水平变形值均在相关规范允许值范围之内，可以保障地表风景区和建构筑物安全，为矿山生产和风景区建设安全提供了理论依据。     

基于3DMine-Rhino-FLAC3D的多采空区对竖井的稳定性影响分析

矿山不断的深入开采,会遗留下大量采空区,采空区的失稳破坏势必会对位于移动带内的竖井稳定性造成影响,竖井的变形破坏不仅影响矿山正常生产,还将给人们的生命,财产和国家造成重大损失。随着高性能计算机和数值模拟技术的普及,为复杂采空区及竖井的稳定性研究提供了新的解决思路。为了解内蒙古某金矿竖井的稳定情况,在“三维网格堆砌法”的基础上提出了3DMine-Rhino-FLAC_^3D耦合建模的新思路,能够更加精准的反应地表、矿体和采空区的实际情况,提高计算的准确性。对竖井周围的应力、位移、塑性区等方面进行了分析,并提出两种可行的治理措施。1.发现该竖井在658m中段的变形量最大,最大位移量3.5cm左右；2.随着采深的不断加大,虽然在采空区周围的围岩应力有增大的趋势,但在开采过程中对竖井周围应力影响较小；3.通过开挖后主竖井周围围岩仍处于原岩应力状态,未出现剪切和拉伸破坏；4.对两种不同的治理方案治理后的采空区分析发现主竖井的变形速率明显减小,说明两种治理方案均能使井筒变形的到控制,有效提高竖井周围围岩的稳定性。     

刘楼铜铁(金)矿地下开采对地表建构筑物安全的影响研究

为科学预测刘楼铜铁(金)矿地下开采对地表道路、水闸和民房等建构筑物的安全影响,根据矿山设计资料及开采现状,采用FLAC3D数值模拟软件,对矿山开采过程进行模拟分析,得出了矿山开采结束后地表位移分布情况和位移值.在数值模拟得到的位移数据基础上,通过变形计算公式,得出了矿区地表倾斜、曲率和水平变形值,并绘制了地表变形等值线...     

露井协调开采边坡稳定性监测

基于露井联采井工开采对露天边坡变形的显著特征及矿压控制原理,分析了边坡的变形机理,建立了边坡稳定性监测的基本方法,通过监测体现露井联采边坡矿压显现指标,包括边坡地表位移,岩体深部变形以及边坡应力,分析了井工开采对边坡稳定性的影响。安家岭二矿的边坡实测表明,井工开采对边坡稳定性影响较大,回采一定距离后,边坡平台出现破断及滑动,具体表现为:边坡地表及深部位移显示+1 379 mm平台处出现裂缝,使裂缝左右岩体分别向不同方向移动,地表位移为91.33 mm,深部位移为88.36 mm,平台出现裂缝前最大积聚应力为828 k N。研究结果为深入研究边坡变形与控制的基础理论提供了依据,为露井联采工程设计提供了明确的理论指导。     

深井条带开采地表沉陷规律分析

为掌握煤炭深部开采带来的地表沉陷规律,根据矿区实情并参考以往设站参数建立区域观测站。通过4年多连续不间断的监测,拟合出该矿区地表下沉曲线及水平移动曲线,求出概率积分法所需各种移动变形参数。分析结果表明：深部开采时的基岩厚度增大,影响地表移动变形的因素多,地表沉陷在倾向上最大影响范围超过700 m,相应的盆地边缘移动变形值小。条带开采地表下沉比较平缓,没形成大的沉陷盆地,一次采全高情况下地表沉陷值相对较大,地面出现了塌陷区。采全高与条带开采的边界角相差不大,相同的开采影响范围内,条带开采下沉值较小,地表下沉盆地相对平缓。     

地下金属矿山深部开采引起地表移动变形规律研究

地下金属矿山深部开采引起地表移动变形的预测是一项技术难题。通过对某矿区工程地质特点和开采技术条件进行深入了解,建立了具有较高仿真度的三维深部开采模型,并对矿区的开采进行了系统的模拟研究。通过开采三期工程(1 337~1 237 m)时地表下沉的计算值与现场GPS实测值之间的吻合,较准确地预测出四期工程深部开采过程中的各阶段移动角及地表移动变形范围,为该矿山深部开采地下工程的布置及地表移动范围的设计提供了依据。     

工作面推进速度对地表沉陷动态变形影响研究

为了解决地表建构筑物受动态沉陷变形影响的保护问题,揭示地表沉陷移动过程中地表动态变形规律,整理统计了东胜矿区10余个地表岩移观测站实测数据,在此基础上建立了考虑工作面不同推进速度(2.5～20.0 m/d)的6个数值分析模型,分析总结了地表动态移动变形特征和规律。研究结果表明:地表移动时间、地表移动活跃期与工作面采深、推进速度之比存在线性关系;地表最大下沉速度与工作面推进速度和最大下沉量乘积的平方成正比,与采深的平方成反比;地表动态变形峰值与地表最终最大变形值的比值和工作面推进速度与主要影响半径的比值符合指数函数的关系;通过受护建构筑物地表临界变形值和地表变形参数建立了工作面安全推进速度计算模型,该计算模型可计算工作面最小推进速度。并以高压线塔下压煤安全开采为例,给出了工作面安全推进速度,实例验证了作者建立的工作面安全推进速度计算模型是有效的,为地表建构筑物的有效保护提供了技术依据。     

深部开采对地表及竖井稳定性影响分析

以深井矿山阜山金矿整合矿区为工程背景,通过使用3DMine-FLAC3D数值分析及建模软件,分析了矿体位移规律和深部开采对地表的影响,建立了阜山整合矿区的三维数值计算模型。针对矿岩位移及地表变形的影响进行分析,结果表明:(1)矿体下盘处由于开挖卸荷作用而出现不同程度的底鼓现象,矿体上盘的变形特征为下沉,距离矿体越远,围岩变形越小;(2)当下方设计矿体回采、充填结束后,地表最大沉降变形、倾斜变形、曲率以及水平变形均能满足《有色金属采矿设计规范》(GB 50771—2012)相关要求;(3)主竖井井筒、207风井井筒中心线处的相对变形较小,地下矿体的回采活动未对主竖井、207风井产生影响;(4)地表沉降监测表明,地下开采引起的地表的沉降位移很小。     

高速公路压覆矿体开采地表变形预测

为分析研究高速公路压覆矿体开采对高速公路的影响,采用概率积分法理论计算预测地表移动变形值,并利用3DMine、Midas、FLAC^3D等软件,对盘龙铅锌矿矿区高速公路的压覆矿体开采造成的地表移动变形进行数值模拟研究,综合分析理论计算与数值模拟结果,从而判断压覆矿体开采是否会使高速公路发生破坏。研究表明:地表发生最大沉降位移处位于6~10线开采中心正上方;数值模拟与理论计算得出的地表最大倾斜值、最大曲率值、最大水平变形值均满足规程要求,高速公路未发生破坏。     

某铜矿地下开采对地表古铜矿遗址的安全影响

由于地下采矿活动将改变围岩物理环境的天然力场,使围岩产生位移和变形。为有效控制由于采矿活动形成的围岩位移,分析可能受到开采影响区域的矿体和围岩的力学性质、岩体地质构造、周边应力状况以及地下水文状况,以某铜矿为例,分别选用上向水平分层胶结充填法、浅孔留矿嗣后充填法对地下采矿工程进行数值模拟分析,研究矿山开采对地表矿渣遗址稳定性的影响。研究表明：采用上向水平分层胶结充填法开采后,矿体围岩稳定性较好,有利于确保矿区地表建构（筑）物稳定。     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

充填法开采诱发矿山地表沉降数值分析研究北大核心

地下开采对地表河流、公路、构筑物等扰动影响是矿山首要关注的问题,传统的岩体移动带圈定难以直接确定地表河流、道路的稳定性。为探究地下开采对地表沉降的影响,采用FLAC 3D软件对小栗子一、二铁矿区充填开采过程中地表的岩移数值模拟计算的方法,分析地下开采过程对地表沉降变形、地表河流及邻矿运输道路稳定性等的影响。结果表明:地表的绝对位移较小,倾斜率、曲率、水平变形值等指标均远小于规范允许值,稳定性较好,整个地表均较为稳定,同时进一步说明了要保持地表河流、运输道路的稳定,采空区回填非常必要。计算结果可为矿山的安全开采提供一定的理论支撑。     

程潮铁矿深部开采塌陷坑移动规律研究

程潮铁矿进入围岩性质复杂多变的深部开采环境,塌陷坑移动变化规律与浅部不尽相同,以致无法准确预测周边地表重要建筑物的稳定性。为保证新副井和塌陷区周边地表重要构筑物安全,基于室内相似模拟试验和数值模拟方法,对-500 m以下深部开采塌陷坑移动规律进行了研究,分析了塌陷坑移动角和远近地表围岩随开采深度的变化规律。研究表明：①-500 m以下矿体崩落开采造成的地表塌陷变形逐步往上盘转移,上盘移动角呈现增大趋势,地表移动范围未超出初期设计值;②开采初期下盘所受影响较大,随着开采推进,影响逐步减弱;③整个开采阶段,远近地表区域围岩应变表现出不同的变化规律;④至开采结束,地表新副井区域倾斜值达到0.017 mm/m,超出临界影响标准值,表明开采会对新副井带来一定程度的影响。依据不同开采阶段对新副井的影响程度,提出了新副井稳定性控制措施,研究结果对于程潮铁矿深部安全开采工程有一定的指导意义。     

露井同期联采对边坡稳定性的影响规律研究

结合某露井联合开采工程实例, 采用有限元软件建立三维模型并通过有限差分法计算边坡体的位移与应力, 研究了多阶段露井联采对边坡稳定性的影响特点及其边坡位移应力分布状况, 结果表明, 联采过程中采空区两侧在上覆岩体连续下落时边坡中上部岩体一方面向井工区方向下沉, 另一方面朝临空自由面方向位移, 边坡下部岩体表现出“倾倒”的位移特征; 随着井工开采不断推进, 整个露天矿边坡都处于井采沉陷区, 边坡岩土体强度在节理裂隙面逐渐发育张开的过程中逐步减弱, 最终导致边坡破坏。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

地下采空区对地表建构筑物的影响分析

为明确矿山地下采空区对地表建(构)筑物的影响范围和程度,采用数字化矿山软件Dimine及岩土有限元分析软件Midas GTS NX联合构建三维地质模型,并借助三维有限差分软件FLAC3D对矿山开采结束后引起的岩层移动和影响范围进行了仿真再现模拟分析。根据地表移动变形值大小及相关规程,对地表建(构)筑物的影响程度进行合理判定,并按边界角划定地表影响范围。研究结果表明:地下采空区引起的地表倾斜、曲率及水平变形均不会对地表建(构)筑物造成影响,同时,圈定的地表影响范围具有一定的可信度,可为类似工程提供借鉴。     

山区采矿岩体移动的Fuzzy测度分析

将山区地下开挖所引起的上覆岩土体的移动视为一模糊事件,应用模糊数学中的模糊测度理论,对煤矿开采所引起的地表移动与变形进行了分析计算,推导了相应的地表下沉、倾斜、地表弯曲曲率、水平移动、水平变形的理论计算公式。通过工程实例计算分析表明,理论计算结果与工程实测资料吻合。     

高应力区陡倾矿体开采引起岩移变形的数值模拟

采用数值模拟的方法,就金川二矿区高构造应力下充填开采引起的地表变形规律、围岩位移场展开研究。结果表明：构造应力下充填开采引起的地表变形的形态和范围、变形中心位置和量值均在发生有规律性的变化,矿体上盘的地表变形量明显大于矿体下盘的地表变形量;围岩变形形式由初期的顶板下沉和底臌变成后期的两帮内挤;上盘围岩的位移量大于下盘围岩位移量。研究结果对于研究构造应力下的陡倾矿体开采引起的地表及围岩变形规律有指导意义。     

高等级公路在开采影响下的破坏现象探讨

根据地下开采引起的地表破坏现象,借鉴建筑物下、水体下、铁路下采煤,结合高等级公路自身属于带状建筑物的特点,分别讨论了地下开采引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形对高等级公路的破坏现象。地下煤炭被采出并达到一定规模后将引起采空区上覆岩层冒落破坏,继续开采,破坏现象将影响到地表,引起地表移动变形,导致地表建筑物、构筑物受到不同程度的破坏。对于高等级公路,地下开采影响到路基路面后,将使高等级公路产生路面移动盆地、路面台阶和裂缝、路面塌陷坑和塌陷槽、路基高路堤沉陷以及边坡坍方等破坏现象。