地下开采覆岩变形破坏规律研究综述

地下开采必然造成覆岩的变形破坏,掌握开采后覆岩变形破坏规律将对矿井水防治,瓦斯运移规律,保护层开采,瓦斯抽采,以及地表移动变形控制等具有重要的指导意义。文章对国内外的覆岩变形破坏经典理论进行了介绍,充分阐述了各个理论对覆岩变形破坏规律研究的促进作用。总结了我国对垮落法开采和充填开采覆岩变形破坏规律的研究现状,并对具有代表性和突出贡献的成果进行了详细的说明。可以得出,我国对垮落法开采覆岩变形破坏规律的研究已经相对完善,在国际上也处于领先水平,而对充填开采覆岩变形破坏规律的研究相对滞后,仍然有很多关键技术和工作值得去深入研究。     

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。     

煤矿开采条件下滑坡的变形机理

采空滑坡的变形及破坏系由地下采煤诱发,以某采空滑坡为例,采用有限元方法,探讨采空区的受力特征以及采空滑坡的变形过程。结果表明:采空区的变形破坏主要在4种应力的作用下逐渐形成,并产生相应的应力集中区,即:拉张应力集中区、压应力集中区、剪应力集中区、鼓胀应力集中区。同时,通过对开挖前后滑坡的位移、应力以及应变的分析,推断出坡体的变形过程为:煤层开采-后缘拉裂-中部下陷-前缘剪切-滑坡发生。     

地下金属矿山主溜井变形破坏机理分析

主溜井是地下矿山集贮与转运矿岩的咽喉工程,稳定与否对矿山生产影响极大,但主溜井既受静载应力场影响,又受冲击载荷作用,受力状态复杂,稳定性较差,破坏率一直很高。结合国内几座大型地下金属矿山主溜井变形破坏情况,对其破坏机理进行了分析研究。     

望儿山采空区变形机理研究

以望儿山金矿一、二号井为例,对井筒在采空区塌落影响下的失稳破坏机理和影响因素进行了分析研究,利用有限单元方法,对井筒及采空区的现状进行模拟分析,得到采空区围岩的塑性区分布状况、应力场、位移场以及井壁上部的水平应力和水平位移状况。     

徐淮地区煤矿竖井变形破坏机理及防治对策的研究

概括介绍了作者大大量工程调查和总结研究的基础上对徐淮地区煤矿竖井变形破坏机理及防治对策所进行的研究，提出以 质力学为指导思想，以人类工程活动与地质环境相互作用为理论研究基础，运用现代系统科学思维方法，从工程与地质相互作用和协调关系出发，从现场实际破坏形态、时空演化、分布规律等方面分析，最终以反演的思路与方法研究其破坏机理与防治对策。     

采动过程中底板岩层变形破坏与损伤机理分析

底板岩层在采动过程中的变形破坏取决于底板的应力场和原生缺陷分布。为了研究底板岩层破坏的细观机理,描述底板岩层的裂隙演化,在分析煤层底板应力环境的基础上,基于岩石工程破坏准则,采用连续介质损伤力学和几何损伤理论的研究方法将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)破坏准则,建立了煤层底板脆性裂隙岩体介质在孔隙水压力作用下受采动影响的脆性动力损伤发展和孔隙率演变模型。并应用该模型对谢桥矿8#煤层开采过程中的底板变形破坏特征和裂隙水的迁移活动规律进行了脆性动力损伤分析。该损伤力学模型可用于煤层底板稳定性分析。     

地下开采引起覆岩破坏及边坡变形的数值模拟

以安家岭矿区为背景,使用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM),对地下开采引起的上覆岩层破坏及边坡变形的全过程进行了数值模拟。通过对采空区上覆岩层的竖向应力变化分析发现弯曲带与垮落带和裂隙带总厚度之比约为0.5;通过对岩层变形破坏演化过程分析得到初次垮落步距约为115~165 m,采空区达到露天坡下方时,上部坡体向采空区垮落,产生张拉裂缝;边坡以层间水平错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷,不会直接滑坡;对比分析算例表明压脚措施可减少边坡向露天矿一侧的水平位移。     

地下开采引起覆岩破坏及边坡变形的数值模拟

以安家岭矿区为背景,使用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM),对地下开采引起的上覆岩层破坏及边坡变形的全过程进行了数值模拟。通过对采空区上覆岩层的竖向应力变化分析发现弯曲带与垮落带和裂隙带总厚度之比约为0.5;通过对岩层变形破坏演化过程分析得到初次垮落步距约为115¹65 m,采空区达到露天坡下方时,上部坡体向采空区垮落,产生张拉裂缝;边坡以层间水平错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷,不会直接滑坡;对比分析算例表明压脚措施可减少边坡向露天矿一侧的水平位移。     

大柳塔煤矿采动损害特征及形成机理研究

分析了大柳塔矿1203工作面开采时出现的地质环境的损害特征, 并从矿压显现规律、顶板移动特点等方面对其形成机理作了解释。     

井下矸石充填工艺及普采工作面充填装备

基于鄂庄煤矿2202东工作面地质和生产条件及其地面有建筑物压煤情况,介绍了利用井下全岩巷道掘进出矸对普采工作面采空区进行充填的系统及充填装备。通过优化与改造原有的生产系统,形成了以矿车、翻矸硐室、斜巷矸石仓、耙斗装岩机为工程或装备的矸石外部充填系统;通过研制和开发,形成了以转弯带式输送机和带式抛矸机为主要装备的矸石内部充填系统,与普采工艺配合,矸石充填工作面平均煤炭月产达到1.22万t。     

建筑物下压煤开采地表变形预计及建筑物损害分析

为对建筑物下压煤进行开发利用,同时保护地面建筑物安全,以邯郸矿区某矿2103工作面工业广场下采煤为研究区域,采用概率积分法对地表变形进行预计,评定了主要建筑物的损害等级,并给出了合理开采的建议。研究表明：工业广场主要建筑物均不同程度地受到变形的影响,其中宿舍楼破坏等级为Ⅲ级,食堂、煤仓破坏等级为Ⅱ级,机修厂房破坏等级为Ⅰ级,结合地面监测结果可知,整个工作面开采地表变形预计结果与实际情况较吻合。     

急倾斜煤层开采底板岩层破坏机理研究

随着煤层倾角增大,切向力的作用越来越大,底板岩层不可避免地要发生变形破坏。建立了急倾斜煤层开采底板岩层力学模型,研究了开采深度、采空区倾斜长度和岩层厚度等因素对底板岩层稳定性的影响,对实际生产中分析急倾斜采空区底板稳定具有重要意义。     

深井充填体细观破坏及充填机制研究

对不同灰砂比的深井充填体进行了无侧限单轴抗压、抗拉测试, 抗压试验中测得抗压强度、弹性模量和泊松比等数据; 抗拉试验中测得抗拉强度、线性阶段弹性模量和峰荷应变等参数。分析了拉、压试验中力学性质的变化规律, 鉴于拉压性质的相关性, 对拉压力学参数和试验曲线作了一定的对比分析, 对充填体细观破坏及充填体-围岩-矿柱系统作用机制进行了研究, 旨在为矿柱开采提供技术支持。     

采空区上覆薄煤层回采实践

介绍了中盛煤矿在资源已近枯竭的情况下,对10#主采煤层采空区上覆9#薄煤层的开采过程中,采取的工作面布置方式、掘进、回采技术措施,以及为预防在采掘期间采空区底板裂隙漏风采取的安全技术措施,实现了安全回采。试验性开采的成功,有效地回收了采空区上覆的薄煤层,为蹬空储量的开采积累了经验,延长了矿井服务年限,实现了矿井的可持续发展。     

煤矿采动损害评价系统的建立及应用

为了正确全面评价采动损害,更好协调地矿关系,指导矿山企业制定合理的开采接续设计,全面研究了我国现行的矿区各类地物的采动损害评价标准和规程,开发了用于采动损害技术经济评价的计算机辅助系统。对徐州矿区张小楼井在刘集镇村庄下采煤设计方案进行采动损害综合补偿评价,计算得到了各设计开采方案条件下各类地物采动损害补偿金额,为矿山生产规划的优选决策提供了客观依据。     

潘西煤矿全矿井资源量开采后塌陷预测分析研究

为了研究潘西煤矿资源量开采后地表塌陷情况,分析煤矿岩移观测资料,通过回归分析法获取岩移参数,利用概率积分法预测最大塌陷深度小于1.5m,为轻度塌陷损毁,对地形地貌景观的影响为较轻,部分耕地经过必要的整治仍可以恢复耕种能力,村庄建筑物破坏等级为Ⅰ级,经过简单修缮即可居住。     

高密度电阻率法在金矿采空区探测中的应用

探测出采空区的准确位置、形态和埋藏深度,可以保障矿山安全生产和矿产资源的可持续开发利用。高密度电阻率法由于其技术先进、成本低和效率高等优点,能解决多种工程地质和水文地质问题,实例表明在探测采空区方面能取得良好效果。