金属矿山复杂采空区围岩破坏及岩层移动机制研究

以武钢资源集团金山店铁矿东区为依托工程,厘清矿区工程地质条件和矿体开采情况;通过地压显现调查和微震破裂监测开展复杂采空区围岩破坏空间特征分析;结合三维数值模拟、围岩破裂监测和巷道破坏调查结果阐明矿区上下盘围岩破坏机制,提出基于岩体塑性破坏的围岩破坏角不连续变形分析指标,并与陷落角指标进行对比验证,揭示金属矿山复杂采空区引起的平面和剖面方向上岩层移动规律。研究结果表明：围岩破坏和巷道地压显现围绕采空区分布,在平面上半月形采空区凸出形状对两翼围岩破坏具有放大效应,在剖面上分段运输巷道破坏具有高程滞后发生的特点;采空区围岩破坏最初以顶部岩体垮塌冒落为主,随着采矿推进发展为断层滑移控制的筒状冒落破坏,最后扩展成为岩体结构控制的贯通滑移破坏,上盘围岩呈现倾倒–滑移破坏特征,下盘围岩呈现追踪断层和结构面的剪切–滑移破坏特征;不同勘探线剖面的上盘和下盘围岩破坏角和陷落角的数值及变化规律较为一致,均随采矿进程近似呈现先减小后趋于稳定的变化规律;上盘采空区(FeI)为条带状展布,趋于稳定的破坏角在不同勘探线位置近似一致,且主控优势结构面倾角越大,其稳定破坏角越小;下盘采空区(FeII)呈半月形平面形状展...     

岩质反倾边坡局部锚杆加固分析方法研究

全长黏结型锚杆作为一种有效且经济的加固手段,在边坡工程中得到广泛的应用。基于最新提出的岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏分析方法和极限平衡理论,建立锚杆局部加固后该类边坡的力学模型和稳定性分析方法,给出加固后的边坡安全系数计算公式,并将理论分析结果与离散元(UDEC)计算结果进行对比分析。研究结果表明:理论解与UDEC计算的数值解具有较高的一致性,两者相互得到了验证;用全长黏结型锚杆加固岩质反倾边坡时,最优加固位置位于叠合倾倒区内,具体位置与边坡的物理力学参数、锚杆锚固参数有关;减小锚杆与层面的夹角,能够充分发挥锚杆对层面的阻滑作用,进而提高加固效果。     

多组合结构下顺层岩质高边坡的稳定性分析

依托山西省浑源县某花岗岩露天矿,经过现场地质调查和室内物理实验,得到该矿区边坡的结构面参数和岩体力学参数。利用极限平衡法结合slide软件对矿区在施工过程中可能会形成边坡失稳的情况进行计算,分析坡体破碎带和潜在滑体厚度对边坡稳定性的影响,锁定边坡潜在滑动面,计算出安全系数。结果表明,矿区西边坡开采至最终高程时,边坡不稳定,易发生滑坡。得到边坡的安全系数随滑体厚度的增加而变小,但在滑体厚度为20m开始幅度趋于平缓,潜在滑移区位于边坡坡面以内25m附近,同时发现破碎带的位置分布对边坡的稳定性起着决定性的作用。     

岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏分析方法研究

 弯曲倾倒破坏是岩质反倾边坡的一种主要失稳破坏模式,目前,岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏稳定性分析中存在很多悬而未决的问题。通过对模型试验结果的分析,阐明岩质反倾边坡弯曲倾倒的破坏过程和破坏机制,基于极限平衡理论,建立岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的力学模型和稳定性分析方法,利用所建立的分析方法,以MATLAB为平台编写岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析程序,通过2个工程实例边坡对所提力学模型和分析方法进行验证,并进行参数分析,得出的结论和规律更符合工程实际,对该类边坡的设计施工具有指导意义。     

陡倾结构金属矿山岩层移动和地表变形的离散元模拟研究

以金山店铁矿东区为例,采用离散元软件UDEC,结合地表监测成果,从岩体破坏、岩层移动、地表变形3个方面开展陡倾地质结构下金属矿山岩层移动和地表变形机理研究。研究结果表明：随着采矿的推进,回采区顶部垮塌和张拉破坏贯通区范围不断扩大,岩体塑性变形破坏逐步加剧;地表沉降位移和水平位移随着各分段向下开挖而不断增加,在-680 m开采水平下,地表沉降位移最大值约72.6 m,水平位移最大值约29.9 m;由于陡倾结构面的存在,上盘的变形破坏范围明显大于下盘,上盘岩层移动表现出倾倒特征,下盘岩层移动表现出剪切-滑移特征;在采矿初期,移动角和陷落角较大,随着采矿的进行,角度不断减小,开采至-382 m水平后趋于稳定;实测地表变形特征和变化趋势与数值模拟结果基本相符。研究结果可为其他具有陡倾结构的金属矿山开采提供借鉴。     

金属矿山地下开采引起围岩破坏及岩层移动的数值模拟研究

为了阐明金属矿山地下开采引起的围岩破坏及岩层移动机制,以金山店铁矿东区为例,基于矿区工程地质﹐采用FLAC3D建立了大型三维数值模型﹐开展地下采矿数值计算﹐揭示了复杂采空区围岩破坏机理,提出了基于岩体塑性破坏的破坏角不连续变形分析指标。研究结果表明:破坏角分析指标与常用的陷落角指标随地下开采的变化规律较为一致;上盘破坏角在开采至一410 m水平后随矿体开采近似保持不变,其值为39°～42°,下盘破坏角随矿体开采先减小后稳定,在开采至一500 m水平后稳定在65°～67°;上盘围岩岩层底部出现台阶状折断面,发生明显的倾倒–滑移破坏,下盘围岩破坏面呈陡倾状,发生明显的剪切–滑移破坏。研究结果可为金属矿山地下采矿安全生产提供参考。