软岩地层地下铁矿开采岩体移动影响范围及变化趋势分析

 在我国官庄东矿北采区,采用分段崩落法进行回采,虽然矿区地表建筑物远离设计的地表移动影响范围,但仍受到影响。结合官庄东铁矿北采区进行分析,对深部开采引起的动态岩体移动变形问题进行具体计算,分析深部开采的岩体移动变形规律及特点,实际观测和理论分析均表明,深部开采工作面的覆岩破坏,具有整体移动变形均匀的特点;软岩地层深部铁矿开采引起的地表移动变形发展缓慢且周期较长。     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题，利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析，并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响；对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明，弹性模量对地表下沉影响较大，而其他参数影响较小。结果表明，弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

程潮铁矿东区地下采矿引起地表沉降和岩层移动初探

以大量的现场实测资料为基础，分析了程潮铁矿东区地下采矿引起的地表沉降和岩层移动规律。东区现有地表下沉属于不连续下沉，岩层破坏主要是缓慢型破坏。当矿体开采深度与回采累计垂直高度的比值大于17时，岩层移动不会波及到地表：当矿体开采深度与回采累计垂直高度的比值小于17时，分三种情形考虑。     

金属矿山地下开采引起岩体变形规律浅析

 地下金属矿山开采往往会引起周围岩体的不连续变形,地表变形监测与深部岩体变形监测是了解岩体变形的最直接、最有效的方法,也能为评价地表构筑物安全性提供依据。以金山店铁矿东区为例,依据近六年的监测数据,对矿体周围岩体变形规律进行了分析,并阐述了岩体变形程度与趋势。结果表明：在地下开采影响下,金山店铁矿东区采空区上方岩体发生冒落式塌陷;塌陷坑周边岩体在卸荷作用和采矿作用共同影响下发生拉裂、滑移;距离采空区较远的区域,地表呈现连续变形特征。根据不同的变形特征可以把岩体分为垂直冒落区、拉伸滑移区、变形移动区、微变区和未扰动区五个区域。其中,垂直冒落区和拉伸滑移区为不连续变形区,微变区和未扰动区为连续变形区,变形移动区为变形过渡区,位于不同区域的构筑物存在不同程度的破坏。在采矿作用下,变形移动区会逐渐向拉伸滑移区转变,从而使地表变形程度和范围逐步扩大。     

基于监测数据的陡倾结构金属矿山下盘岩层移动机制研究

为了解决陡倾结构金属矿山地下采矿引起的地压显现、地表塌陷和建构筑物损坏等问题,以金山店东区下盘为研究背景,首先根据地下、地表现场破坏调查与监测数据得出岩层移动基本规律,然后结合地质条件,通过理论分析研究岩层移动机制。地下采空区附近靠近F1断层处巷道出现地压现象,原因是采矿引起的F1断层滑移。地表变形从开采至今经历了3次加速阶段,加速变形点与采矿进度、陡倾结构引起的地表塌陷与地下巷道破坏的时间吻合。陡倾结构岩体的变形破坏是由深部逐渐传递到地表,导致地表移动和建构筑物开裂。下盘采空区附近围岩分析模型简化为悬臂梁模型,得到围岩破坏的机制为开采诱发F1断层滑移引起陡倾结构岩柱弯曲倾倒破坏,各柱体破坏贯通并沿着破坏面滑移。陡倾结构面是引起下盘岩层大规模移动的主要原因,这种特殊的岩层移动机制导致监测所得的移动角明显小于设计的移动角。     

程潮铁矿西区不同采矿水平下的岩体变形规律分析

 金属矿山不同采矿水平下的岩体变形规律分析,能为矿山地表移动沉陷范围的圈定及安全生产决策提供依据。以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近8 a监测所得的地表及深部岩体变形成果,对不同采矿水平下的岩体变形规律进行分析。结果表明：开采－290,－307.5和－325水平时,顶板岩体进入初始冒落阶段;开采－342.5水平时,顶板岩体进入了大量冒落阶段,其崩落是间断发生的;开采－358水平时,地面沉降漏斗均匀扩展,岩层移动表现出很强的连续性;开采－375水平时,围岩进入快速向外扩展阶段,边界线、移动线得到了较大的扩展,下盘沉降漏斗在2010年1月之后变为不均匀扩展,岩层移动出现了突变性;开采－395水平时,围岩进入扩展放缓阶段,边界线、移动线基本未向外扩展,下盘沉陷坑区域变形仍旧非常剧烈,没有减缓的趋势。     

地下采矿引起地表滑移变形分析

基于概率积分法对地下采矿引起的岩体变形规律的描述,推导出岩体最大剪切变形和最大拉伸变形的分布曲线,阐述地表出现滑移破坏的原因。结合程潮铁矿地表变形监测成果,进一步说明地下采矿引起的地表滑移变形的条件及特征。最后,采用离散单元法模拟地下开采引起的岩体变形发展过程,阐述地表滑移后岩体的变形趋势。结果表明:在地下开采作用下,岩体中出现的最大剪切变形可使地表发生塌陷,最大拉伸变形可使岩体出现贯通地表的裂缝,在这2个因素共同作用下,地表出现滑移现象。滑移产生后,受影响的地表可分为滑移区和卸荷区,并出现浅部裂缝、深部裂缝和卸荷裂缝,其中,深部裂缝是滑移区和卸荷区的分界线。受地表滑移的影响,在继续开采时,地表在滑移区内的变形程度增大,但地表主要变形范围得到抑制。     

程潮铁矿西区地下开采引起的地表变形规律初探

 以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近6 a的地表水平位移、沉降位移变形监测成果,对地下开采引起的地表变形规律进行分析。结果表明：程潮铁矿西区从地表塌陷至今,等值线、移动线和陷落线在矿区东北端扩展最多,并且在2010年1月,设置的关卡门至措施井往西约150 m的矿区公路(以下简称矿区公路)、粉矿堆场及运输隧道东南端处的地表岩体突然加速,究其原因是矿区水平应力得到较大程度的释放,特别是东北端,使得矿区公路和粉矿堆场处深部岩体开始形成弯曲折断面,目前进入沿着高陡倾角的拉张裂缝向采空区的倾倒滑移破坏阶段,地表岩体以快速变形为主,而运输隧道东南端处的深部岩体只是发生弯曲变形,地表岩体在经历较短时间的快速变形之后,又线性稳定增长,进入倾倒破坏阶段。其成果能为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。     

厚松散层重复开采地表移动变形特征比较与分析

根据某矿厚松散层、大采深、长工作面、机械化采煤条件下2个初采和1个重复开采工作面观测站实测资料,通过移动变形计算和规律分析,获取了基于概率积分法的地表移动变形预计参数,从地表移动持续时间、下沉状态、地表移动盆地特征、概率积分法参数等方面总结了重复开采与初采时地表移动变形规律的差异,为类似地质采矿条件下的重复开采地表移动变形规律分析提供参考。     

深部开采地表沉陷规律研究分析

结合实例,通过对煤矿深部开采地表下沉与采动程度关系的分析,揭示了开采深部单一工作面下地表变形特征和深部开采较大采区的地表变形特征,最后得到了深部开采较大的地表变形规律。     

大型金属矿体开采地应力场变化及其对采区岩体移动范围的影响分析

根据金属矿地下开采引起的地应力场变化对岩体移动变形范围影响的工程实际，采用现场实测和数值分析方法，对深埋破碎金属矿体开采引起的地应力场变化及其对地质环境影响并导致岩体移动变形范围不断扩大这一客观现象进行了具体计算分析。结果表明，矿体开采后，随着采深的增加地应力明显增大，岩体移动变形的影响范围也随之而增大。另一方面，地应力场变化，尤其是水平方向的构造应力场变化和影响是不可忽视的。     

鲁中矿区地下开采对竖井井塔楼的影响分析

针对鲁中矿区软岩地层地下开采引起岩体移动变形及竖井井塔楼倾斜变形的工程实际情况，将该矿区深埋金属矿体开采引起的岩体移动变形这一客观现象视为一随机事件，建立了开采岩体移动分析数学模型，并利用该模型对开采引起采区岩体移动变形及竖井井塔楼所处地表移动变形进行了具体计算分析。分析结果表明，理论预测值和工程实际观测结果吻合很好；在软岩地层条件下，矿体开采地表移动变形的影响范围有随着采深的增加而逐渐增大的趋势。这些结果可用于矿山竖井及井塔楼的安全评价。     

鲁中矿区破碎矿体开采地压测试及支护技术研究

 鲁中矿区地质条件复杂,地下裂隙水发育,矿体破碎难以安全采出。采场地压表现为在自重应力作用下,顶板出现拉应力破坏,导致顶板冒落。针对这种情况,开展采场地压规律的动态监测。应用钻孔应变计测量采场地应力变化,采用电子数显式收敛计量测围岩变形,得出采场巷道地压变化的一般规律,为矿山今后选择合理的开采方案和地压控制措施提供科学依据。     

基于GIS和概率积分法的北洺河铁矿开采沉陷预测及应用

金属矿山多为裂隙发育的块状岩体，因而开采引起的地表沉陷机制不同于层状地层的煤矿。为指导矿山安全生产及地表沉陷治理提供科学依据，以崩落法开采矿山地表沉陷为具体研究对象，对北洺河铁矿开采沉陷预测研究，将基于GIS和概率积分法的开采沉陷预测方法应用于采用无底柱分段崩落法的金属矿山中。通过GIS建模全面反映矿区的三维地理、地质信息及其内在属性，应用基于概率积分法和组件技术开发的MSDAS-GIS系统进行开采沉陷预测。利用GIS强大的空间分析和图形显示功能对预测结果进行分析和处理，并直观反映出开采沉陷对周围环境的影响程度及范围。通过与地表观测数据及实际情况的对比分析，验证预测方法的适用性，同时也为指导金属矿山安全生产提供良好的三维可视平台。     

隧道开挖引起地表下沉及其影响分析

针对地下隧道开挖引起的地表下沉问题,运用概率统计理论建立了数学模型,并根据BP神经网络理论,通过对BP神经网络算法的改进,采用反分析方法确定岩体移动变形参数。利用所建模型对隧道开挖引起的地表垂直移动(下沉)进行了具体的计算分析,将理论计算值与实测下沉值进行对比,二者十分吻合。对比结果表明,所给出的数学分析模型及参数确定方法符合工程实际,为解决地下隧道开挖引起地表下沉预计分析问题开辟了新的途径。     

Whole section anchor–grouting reinforcement technology and its application in underground roadways with loose and fractured surrounding rock

Strata control technology for roadways with loose and fractured surrounding rock is one of the most challenging areas in underground roadway support. Based on the case of the serious deformations that occurred in a western main roadway of a Chinese coal mine, this paper analyzes the characteristics and influencing factors of deformation of roadways with loose and fractured surrounding rock. A mechanical model of the roadway’s surrounding rock has been established to study the different forces at play in the plastic zone of the roadway via means of site observation, theoretical analysis, numerical simulation and onsite experiments. Based on the double shell anchor–grouting reinforcement mechanism, whole section anchor–grouting reinforcement technology (WSAGRT) was implemented in the coal mine with the pertinent support parameters optimized by numerical simulation. The results show that the deformation of the rock surrounding the roadway has been held in check effectively, and thus WSAGRT warrants a safer and more effective mining environment.