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。     

采动影响下陡倾断层面对岩移的屏障效应及其发生机制

为研究采动影响下陡倾断层面对岩体移动的屏障效应及其发生机制,基于数值模拟方法,分析了采空区分别位于断层面上盘和下盘时,断层面对围岩位移场和应力场的影响。结果表明:假定条件下,采动影响范围内的断层面破坏了岩体移动和变形的连续性和协调性,影响了围岩应力的传播,具有一定的屏障效应;断层面上盘开采比在下盘开采引起的断层面两侧围岩位移差和应力差更大,采动产生的卸围压效应更强,并揭示了陡倾断层面对岩移屏障效应的发生机制。研究成果对于断层影响下岩体移动范围的确定具有重要的意义。     

地下金属矿山地表移动变形预测三维数值模拟研究

针对如何预测地下金属矿山开采引起地表移动规律的技术难题,以程潮铁矿西区为实例,采用FLAC软件对西区自-360m至-850 m水平的开采进行了系统的模拟研究,分析了不同开采阶段岩层的移动特征和破坏状态,预测出主要工业设施不同开采阶段地表的移动角和陷落角,并给出其破坏等级,为地表移动范围的设计提供了依据.     

某金属矿地下开采地表沉降影响分析

针对某金属矿向深部开采过程中遇到的地表沉降问题，通过建立该矿山全生命周期内矿体数值模型，研究随开采深度的增加，地表沉降对建(构)筑物和上覆岩层稳定性的影响。采用Midas数值模拟方法模拟矿体逐步开挖后，对地表沉降变形进行分析。研究结果表明，当矿体开采到-800 m中段时，在地表形成了近似圆形的沉降盆地，地表建(构)筑物的最大地表沉降量为16.77 mm，最大水平位移为-7.33 mm，地表最大倾斜为-0.041 mm/m，最大曲率为0.036×10^-3 mm/m²，最大水平变形为-0.052 mm/m。地表沉降及变形值均不超过“三下”采矿规范限值，并且矿山采用充填采矿有效控制了井下采动对岩体的移动，地表及建(构)筑物不会出现明显的沉陷问题，对于该矿深部开采对地表沉降影响分析有一定的参考价值。     

崩落法开采岩体冒落及岩移机理

为研究倾斜厚矿体开采岩体冒落及岩移机理,以某铁矿崩落法开采为工程背景,通过现场监测对开采过程中顶板覆岩冒落及岩移特征进行了研究,并采用数值模拟分析了节理影响下覆岩断裂破坏、应力演化及损伤发展特性,对岩体冒落及岩移机理进行了探讨。研究结果表明:岩体冒落表现为缓慢—快速交替的拱形冒落特征,岩体冒落的剧烈程度与冒落发展正相关;地表水平变形以波浪形变化为主,上盘侧最大水平变形值为下盘的1.4～1.9倍,运输道路附近的最大沉降值约为32.5 mm,沉降中心在采矿后期以非对称形式向上盘偏移,沉降率逐渐下降。岩体冒落是拉伸与剪切裂纹沿着节理与完整岩桥相互贯通所致,分为滑移破坏区与倾倒破坏区,应力拱周期性演化是导致冒落进程变化的主要原因;地表沉降特征受节理与开采跨度的共同影响,断裂角发生偏转并以上盘破坏为主,是导致地表沉降中心偏移的主要原因。在未来采矿过程中,塌陷坑上盘有发生大规模沉降及塌陷的风险,研究提出的塌陷坑废石充填岩移控制措施,可实现对运输道路的有效维护。     

某萤石矿开采岩层移动角数值模拟研究

为保证某萤石矿的安全可持续生产,在分析岩层移动角的基础上,采用FLAC3D三维有限差分软件,模拟计算矿体在开采过程中发生的地表沉降量,进而计算地表水平变形值及倾斜变形值,参照建筑物破坏等级来评判其安全性;通过数值模型模拟不同开采移动角的地表沉降值,确定矿山上、下盘围岩开采最大移动角均为77°,在保证盲竖井20 m安全距离的前提下,确定开采移动角为75°,符合开采要求,并能够确保建构筑物安全。     

数值法分析上向多阶段充填开采的地表变形演化规律

以张庄铁矿充填法开采矿山为研究对象,运用FALC3D软件对采矿过程进行分析模拟,以数值计算结果的应力变化、位移变化以及地表沉降情况,总结多阶段充填法开采的演化规律,得出随着采矿施工的进行,充填体一定程度上限制了采场的进一步变形和破坏,位移随着采矿的逐步进行而逐渐加大,上盘区域位移量明显大于下盘区域位移量的演化规律。     

基于数值模拟的红岭铅锌矿岩层移动带圈定

根据红岭铅锌矿开采技术条件,用HyperMesh软件建立符合矿体复杂特征的三维有限元数值模型,对红岭铅锌矿各中段开挖后的岩层移动规律进行了深入分析,获得了红岭铅锌矿岩层移动范围。结果表明:岩层移动破坏范围的模拟结果与现场实测值较为吻合,通过数值模拟位移分析,确定了矿体上盘岩层移动角59.2°,下盘岩层移动角63.8°,端部岩层移动角68.9°,圈定了红岭铅锌矿矿床开采地表移动范围,为红岭铅锌矿安全高效开采提供了理论依据。     

不同隐伏埋深下急倾斜矿体开采岩移规律研究

为了探究不同埋藏深度下急倾斜矿体开采后的岩层运移规律,运用基于有限差分的 FLAC^3D进行模拟研究,对埋深分别为 15 m、45 m、75 m、105 m、135 m、175 m 条件下的地表与上下盘覆岩运移进行分析。结果表明：在既定参数条件下,地表沉降总量随埋深增大而逐渐增大,最大沉降值随埋深增加逐渐减小直至最终保持稳定;随着埋深增加,地表受影响范围越来越大,移动角逐渐减小,且减小速率逐渐变小,上盘围岩最大移动变形量先减小后增大,下盘围岩最大移动变形量一直增大。     

上下盘开采断层滑移失稳诱发地表异常沉陷机理研究

当工作面上覆岩层中含有断层,开采造成断层带岩体滑移失稳时,断层露头处地表移动变形值往往异常增大.含有断层时的地表移动变形规律与不含断层时具有显著差别.为研究上下盘开采断层滑移失稳诱发地表异常沉陷机理,通过理论推导建立上下盘开采断层滑移失稳力学模型和土体近似悬臂断裂模型,并结合数值模拟和相似模拟实验对比分析上下盘开采断层滑移失稳机理及其难易程度.研究结果表明:断层露头处地表异常沉陷是断层滑移失稳后土体在断层露头处受悬臂作用而发生断裂的结果,上盘开采断层露头附近地表裂隙或台阶偏向采空区外侧,下盘开采断层露头附近地表裂隙或台阶偏向采空区;上盘开采断层可稳定区域比下盘开采大,上盘开采断层更容易维持稳定,下盘开采断层露头处地表更容易产生台阶下沉;上盘开采随断层倾角增大,断层稳定性变差,下盘开采当断层倾角小于断层带岩体内摩擦角时,断层一定会滑移失稳,而下盘开采随断层倾角增大,断层稳定性增强;下盘开采断层露头处剪应力与正应力的比值为上盘开采的5倍左右,下盘开采断层带岩体更容易滑移失稳;断层作为岩体中天然弱面存在,对采动应力的传递具有阻断效应.研究结果对分析断层影响下的地表沉陷规律及断层露头处建、构筑物的保护具有一定意义.     

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。     

露天转地下开采边坡变形和应力特性研究

露天矿开采的中晚期阶段,当深部还有可采矿体时,要由露天转为地下开采,在地下矿体的开采过程中,露天边坡的变形破坏特征直接影响地下开采的安全。针对这一问题本文通过三维数值分析,详细分析了地下矿体开采过程中边坡岩体的变形和应力变化。获得以下主要结论:边坡不同标高处的竖向位移变化在-60、-90、-135和-165 m水平的开采过程中,上下盘边坡岩体的变形相对较小,在-210、-255 m水平开采的过程中边坡岩体竖向位移变化较大;地下矿体的开采主要影响上盘边坡岩体,其变形值和变形范围都较下盘岩体大;不同开采水平下,上盘边坡深部岩体随着开采水平的延深,最大主应力的集中程度逐渐增加,影响范围也在加大;而最小主应力在开采水平附近出现明显减小现象。     

连续开采对覆岩移动与变形的影响

为研究老虎台矿-280 m水平与前期多采区按时间顺序连续开采对覆岩移动与变形的影响,运用Midas、FLAC3D等数值模拟方法模拟-280 m水平与前期多采区按时间顺序连续开采,分别得出地表沉降和位移,并通过倾斜变形、水平变形、曲率等指标求出危险边界、移动边界、边界角与移动角.研究表明,随着采区开采数量增大,上覆岩体受...     

基于残差灰色预测模型的大红山铁矿地表沉降位移预测研究

随着地下金属矿山采深的逐渐增加,开采沉陷问题越来越突出。为预测大红山铁矿地表沉降位移,根据1 125 m台阶监测点所收集的地表沉降位移数据,建立了残差灰色预测模型。并采用方差比和小概率误差检验方式对预测结果与实际值进行了分析。结果表明,所得到预测结果与实测结果吻合良好,验证了该预测方法的工程适用性。为金属矿山地下开采诱发的地表变形和岩体移动预测提供了借鉴。     

基于残差灰色预测模型的大红山铁矿地表沉降位移预测研究

随着地下金属矿山采深的逐渐增加,开采沉陷问题越来越突出。为预测大红山铁矿地表沉降位移,根据大红山铁矿1 125 m台阶监测点所收集的地表沉降位移数据,建立了残差灰色预测模型,并采用方差比和小概率误差检验方式对预测结果与实际值进行了分析。所得到预测结果与实测结果吻合良好,验证了该预测方法的工程适用性,为金属矿山地下开采诱发的地表变形和岩体移动预测提供了借鉴。     

散体作用下塌陷坑围岩稳定性影响研究

在金属矿山崩落法开采中,塌陷坑内崩落矿岩散体对围岩的支撑以及对周边岩体应力状态及移动具有不可忽视的影响。结合程潮铁矿-500 m以下深部开采现状,采用相似模拟和PFC数值模拟相结合的方法,选取典型剖面针对开采不同水平矿体时塌陷坑内上覆散体变化对下盘围岩稳定性影响开展研究。研究结果表明：(1)塌陷坑内上覆散体变化对下盘围岩带来的持续影响主要是围岩水平方向移动与变形;(2)围岩水平应力受散体变化影响呈整体减小的趋势,这一变化趋势在近地表区域更明显;(3)至-587.5 m水平开采结束,下盘围岩竖直方向变形表现出明显的增长趋势,在后续开采阶段趋于平稳,至开采结束,新副井区域地表倾斜值达到0.019 mm/m,超出临界影响标准值。研究结果揭示了塌陷坑内上覆崩落岩体变化对矿体下盘围岩移动规律的影响,为程潮铁矿地表重要构建筑物的安全维护及下一步采矿制定相应措施提供了参考依据。     

龙首矿露天转地下开采对边坡岩体稳定性的影响

针对甘肃金川龙首矿露天转地下开采条件下的边坡岩体变形、破坏和稳定性问题,在矿区大范围内建立了地表岩移GPS监测网络。持续5.5 a的监测结果表明：地下开采已经引起地表大范围的岩体移动和变形。矿体上盘地表监测点累积最大水平位移量达853.1 mm,最大三维位移量达951.7 mm;矿体下盘地表监测点累积最大水平位移量达7...     

金属矿床开采地表破坏机理及防控方法

矿山的开采会使岩层发生连续的移动变形和非连续的开裂冒落,进而引起地表的下沉、塌陷等破坏。针对金属矿山开采时可能造成地表破坏的形式、成因及危害状况进行了分析,认为地表破坏的主要原因是地下开采时形成的采空区、开挖的巷道及其他地下工程所形成的地下硐室和空区,而矿区岩体中断层、节理等地质结构为岩体破坏提供了基础,爆破震动以及地下水的压力强化和发展了岩体的变形与破坏。在整理总结国内部分矿山企业控制和监测地表移动、沉降、塌陷的方法和工程实践基础上,从系统的角度提出了采空区处理、注浆减沉、塌陷区治理等综合减轻地面破坏的措施,指出地表塌陷破坏是复杂因素耦合作用的结果,需从工程类比、监控分析、数值计算等多方面进行预测预防。     

东沟钼矿地表移动界线的确定

东沟钼矿北矿区地下采矿引起原岩应力场破坏,地表出现变形和位移,采用工程类比法对北矿区进行研究,确定了岩层移动角,并计算出地表移动界线,研究确定了开采界线,通过限制后期采矿活动,确保了地面选矿厂和居民房等重要建筑的安全。     

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。