岩溶区地下开采引起覆岩移动变形规律研究

以贵州某煤矿1401工作面4~#煤层为研究对象,在充分考虑岩溶区溶洞、岩层节理存在的基础上,运用RFPA2D-Strata数值软件对开采引起覆岩移动变形过程进行分析。模拟结果显示:开采过程中覆岩发生应力重分布形成应力拱,应力拱和溶洞附近应力集中,覆岩变形、破坏首先发生于节理及溶洞附近,每一层岩层的冒落都会经历变形、离层、断裂和冒落这样一个过程,溶洞的存在改变了覆岩破坏途径。     

崩落法引起的地表塌陷机制分析

以程潮铁矿西区为背景,分析崩落法开采引起的地表塌陷过程和特征,并结合现场监测数据,阐明顶板冒落导致地表塌陷的3个阶段,分析研究崩落开采采矿量与地表塌陷的定量关系。结果表明,程潮铁矿西区地表塌陷可分为初始冒落、渐进冒落和剪切冒落3个阶段,并且以渐进冒落为主。崩落法开采引起的岩体崩落能否到达地表导致塌陷,与开采深厚比和碎胀系数有关,当覆岩厚度与开采矿体的累计厚度之比小于临界值时,岩体移动会发展至地表,引起地表塌陷。     

某金属矿山充填法开采下覆岩塌陷失稳机理研究

矿山充填法开采过程中,采空区充填体与围岩、地表之间存在复杂的力学关系,在某些条件下,充填体无法承载上覆岩体,仍存在塌陷失稳的可能.以某金属矿山充填法开采下的覆岩塌陷失稳事故为研究背景,首先利用地表GPS岩移监测数据定量分析了事故发生前后的地表变形情况,总结充填体上覆岩体塌陷失稳特征及成因.然后引用断层活化及悬臂梁理论,分析充填法开采下的覆岩塌陷失稳机理.最后,利用数值模拟软件构建模型模拟分析,得到充填采矿法下覆岩位移场及应力场变化规律,验证了该金属矿山充填法开采覆岩塌陷失稳机理的合理性.     

综放开采覆岩结构破坏与裂隙演化的数值分析

为了研究五阳煤矿综放开采条件下的覆岩与地表移动、变形和破坏规律,在现场地表观测的基础上,将地表变形看作是一个采空区上方岩体不断破碎断裂发展的过程,运用离散元软件建立了一个非连续介质模型,从岩体内部结构演化角度研究了开采模式和开采速率对覆岩结构演化及地表变形的影响规律.模拟结果与现场观测基本一致,研究表明开采速度提高主要引起开采过程中顶板结构面发育不充分,覆岩整体承载能力降低,地表变形速率增加,对地表建筑物危害加大.采高的增加则会使覆岩结构发育范围和程度明显增大,地表变形更剧烈,范围更广.     

弓长岭东南区塌陷坑后续开采岩移规律研究

弓长岭东南区分上、下含铁带,上含铁带采用露天开采,下含铁带采用地下开采并形成地表塌陷坑,上、下含铁带采深形成300 m的高差,针对此技术条件,开展下含铁带继续下采的岩移规律和不影响露天开采的极限采深的研究。利用FLAC3D软件模拟分析了有、无散体补充条件下塌陷坑上盘岩体的岩移规律,塌陷坑上盘岩移曲线存在明显的分区特征,相同监测点的位移量随着采深的增加而增大,补充散体对于控制水平变形、倾斜、曲率等岩移指标作用明显。以露天采场内不出现危险移动变形指标为原则,在有、无散体补充条件下,下含铁带极限采深分别为260,240m,即开采至90,110m水平。根据弓长岭塌陷坑条件,考虑坑内散体和补充散体对上盘岩体的被动侧压力作用,改进上盘渐进崩落模型,计算得极限开采水平为107 m水平。根据数值模拟和理论推导的结果,综合确定下含铁带极限开采水平为110m。根据研究成果,提出将上含铁带露天采场剥离废石充填下含铁带塌陷坑的控制方案,保证了露天、地下的协同开采,控制了地下开采的塌陷范围,减小了露天废石的占地费用,取得了较好的应用效果。     

构造应力型浅埋矿山开采引起地表沉陷机理研究

采用FLAC3D对矿区原有和后续采矿活动进行仿真模拟,对其形成原因进行研究。研究表明:在原有采空区形成过程中,空区顶板覆岩形成显著应力集中,促使空区顶板覆岩遭受剪切破坏,完整性降低,岩体移动影响地表上升位移,围岩介质承受张应力状态,裂隙呈现张开状态,加上降雨使得地表水渗入空区顶板覆岩裂隙,降低岩体强度,这些内外因素共同诱发地表冒落塌陷。     

近距离煤层开采覆岩运移规律诱发地表沉降分析

为对近距离煤层开采顶板覆岩运移规律及覆岩破坏诱发地表沉降进行分析，采用物理及数值模拟实验，以某煤矿近距离煤层开采为例进行论证。研究结果表明：开采过程中煤层上方原岩应力发生扰动，使能量得到释放，从而诱发覆岩发生持续变形现象，变形破坏的覆岩区域呈下沉抛物线状；近距离煤层开采过程中，因上方垮落覆岩作用，导致上下煤层之间的岩层发生断裂，从而引发上下采空区发生贯通现象，能量释放区形成泄压叠加区，此时对地表沉降的诱发效应最为明显和直观；上煤层开采覆岩变形破坏形态比下煤层更为直观，下煤层因上下煤层双重复合效应覆岩沉降现象比上煤层开采更为剧烈且对地表沉降诱发效应更大，数值模拟地表沉降值为3.7 m,相似模拟地表沉降值为5.6 m,理论计算地表沉降值为5.279 m,整体差值较小，可以相互验证。     

大规模开采上覆贫矿体岩移规律

针对甲玛铜矿大规模开采上覆贫矿体岩移规律及其控制技术开展研究。通过数值分析,研究得到采场开采及充填后上覆岩层位移及应力分布;通过开展相似模型实验研究,得到大规模盘区开采及充填后上覆岩体位移及变形规律。研究结果表明,数值模拟与相似模型试验结果具有较好的一致性;大直径束孔高分段空场嗣后充填法开采上覆贫矿体的岩移及应力变化受到近域的采场盘区开采的影响较为显著;地下采矿活动引起的地表变形影响较小。     

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。     

深部开采对地表塌陷坑治理后影响评价

针对矿山塌陷坑治理后深部开采对其扰动影响评估问题开展研究。通过岩石物理力学性质试验,获取岩石的基础力学参数;开展现场节理裂隙调查及统计分析,得到岩体结构面分布规律;采用GSI法进行岩体质量评价,并据此给出相应岩体的力学参数建议;最后,通过数值模拟技术建立深部开采对地表变形影响评价模型,分析对地表塌陷坑治理后的安全效应。研究结果表明,采用"隔三采一"的空场嗣后充填采矿法后,地表的沉降变形、水平变形和倾斜变形均能够满足规范要求,对地表塌陷坑治理后的充填体扰动影响较小,在研究条件下可保证地表塌陷坑治理后的安全需求。     

崩落法深部开采岩移及地表塌陷规律分析研究

大红山铁矿为国内规模最大的地下开采矿山之一,其主采区无底柱分段崩落法结构参数为国内领先,大规模深部开采导致各采区之间应力较为复杂。针对大红山铁矿硐室爆破冒落上覆岩层后,崩落法深部开采引发的岩层移动及地表塌陷规律展开研究,总结地表塌陷区沉降及其裂缝的发展过程,系统分析了深部开采对地表沉降及开裂的影响,得出了岩移导致的陷落角。通过地表沉降及相关井下地压监测数据分析,得到了硐室爆破后,塌陷区地表及井下岩层趋于稳定的结论,表明崩落法上覆岩层冒落对于缓解深部开采高应力、保证足够覆盖岩层厚度、控制岩层移动具有重要作用。     

黄河流域浅埋深煤层开采冒落沉陷特征及治理复垦技术研究

为深入研究分析浅埋深煤层开采覆岩冒落破坏特征、顶板来压强度及其与后续地表移动和塌陷的内生机制,以黄河流域鄂尔多斯薛家湾宝通煤矿浅埋煤层工作面为研究背景,通过对现场顶板灾害来压特征实测分析、覆岩破坏与地表沉降发育机理相似模拟实验研究以及概率积分计算和物探补勘等方法,全面地揭示了浅埋煤层开采顶板来压显现强度高、顶板来压周期不明显,顶板冒落充分及采空区地表沉降滞后、塌陷范围显著的特征,同时建立了土地破坏分级指标,实现了不同等级土地破坏面积划分,并对特殊悬空区域提出了治理工程技术方案和开采沉陷影响区的工程复垦技术方案,对相似矿井的相关研究具有较好的借鉴意义。     

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。     

深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉降特征与预测方法

煤炭地下开采导致上覆岩层的破断和运动,岩层运动传递至地表引发地表沉陷,改变地表形态,破坏地表连续性和生态环境。为降低采矿活动的负外部性,以赵固二矿为工程背景,综合运用室内试验、理论分析和现场实测等方法研究深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉陷与覆岩运动的关系、地表沉陷演化特征和地表沉陷预测方法。结果表明：深埋薄基岩厚煤层开采覆岩运动存在关键层控制和厚冲积层主导2个阶段,第1阶段薄基岩呈现层状破断特征,关键层下缘离层现象明显,厚冲积层保持稳定;第2阶段采动裂隙萌生于高位厚冲积层,下行扩展导致薄基岩全厚破断,层间离层现象消失;得到了工作面推进过程中不同层位覆岩沉降曲线动态演化特征,发现厚冲积层对覆岩运动和地表沉陷具有强烈控制作用,冒落拱失稳导致覆岩沉降曲线呈现周期性突变现象;薄基岩全厚破断后整体下沉,厚冲积层冒落体下向压实,采动裂隙快速闭合,导致采空区上方垮落带和裂隙带岩层破坏后的碎胀系数小,地表下沉速度快,沉降系数高,最大下沉量达到开采厚度;将地表沉陷区划分为直接沉降和间接沉降2个区域,深埋厚冲积层薄基岩赋存条件下间接沉降区范围增大,构建了地表沉陷分区预测模型;对赵固二矿地表沉陷特征进行了预...     

浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理研究

对浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理进行了数值模拟.结果表明，采场上方存在高应力束组成的“复合应力拱”，“外应力拱”承担覆岩及地表土的自重并将其传递至采场两侧实体煤内，“内应力拱”主要承担悬空顶板的重量并传递至煤柱.“复合应力拱”形态随时间推移而不断演化，“内应力拱”不断合并抬升直至与“外应力拱”重合，最终拱肩处岩体受拉压复合应力作用而首先开裂，从而破坏了“复合应力拱”成拱机制而导致采场上方覆岩断裂、地表塌陷.     

采动条件下的金属矿山上覆岩体破坏区域及其特征研究

确定采动条件下金属矿山上覆岩体破坏区域与应力行为,以某金属矿为背景,采用RFPA计算程序对该矿山在开采过程中上覆岩体破坏特征及力学行为进行研究,同时结合声发射技术对采动条件下覆岩的破坏区域及应力分布范围进行深入分析,提出采动条件下的金属矿山覆岩破坏的"三区"概念及应力分布划分原则。研究表明:金属矿上覆岩体随着采动影响可以划分为垮落区、塑性区、弹性区三个区域;并对各区域的成因及划分依据进行详细分析;为了进一步研究上覆岩体变形破坏区域和破坏形状特征,在采动条件下从采空区上覆岩体的位移矢量变化角度进行分析,得出随着开采的进行,上覆岩体破坏形状经历了水母状、圆拱形、桶状的大致破坏形态过程,这种形态与金属矿山地表塌陷现场较吻合。研究结果可为金属矿山三带的圈定和采取有效支护措施控制采空区围岩稳定提供理论依据。     

孟家堡子铁矿岩移控制方法研究

孟家堡子铁矿露天开采完成后,位于+70 m水平以下的矿体采用无底柱分段崩落法开采,随着井下采矿的进行,覆岩已经冒透至露天坑底,形成了大规模的地表塌陷坑,岩移活动对地表办公区及竖井构成了严重威胁。目前矿山存留的废石无法满足地表塌陷坑充填需求,致使塌陷坑边壁岩移发展无法得到有效控制。根据临界散体柱支撑原理,试验研究了尾砂替代废石充填地表塌陷坑的岩移控制新方法,分析了不同尾砂浓度及散体粒径分布下的尾砂渗透特征,得到了受散体下落高度影响的尾砂混入高度预测表达式。研究表明：70%~80%浓度下的尾砂混入高度范围为130.76~42.36 m,该浓度范围内的尾砂混入高度小于塌陷坑内散体覆盖层的最小厚度,即采用该浓度范围内的尾砂充填地表塌陷坑是安全可行的,最终确定的现场合理尾砂充填浓度为75%~80%。为确保充填作业安全顺利进行,将塌陷坑划分为斜面充填区与饱满充填区,提出了沿塌陷坑轴向与径向三向协同充填方法,为矿山安全、绿色、高效开采提供了有力保障。     

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。     

特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征浅析

以新集二矿特殊推覆体下开采的实践体会,通过对开采覆岩组合特征、工程地质特征分析、覆岩破坏理论研究及地表沉降观测验证,初步归纳总结出特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征。为以后开采准确评价防水煤岩柱安全质量,合理留设防水煤岩柱高度,覆岩破坏预测、观测及地表沉降防治提供可靠的理论和实践依据。     

特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征浅析

以新集二矿特殊推覆体下开采的实践,通过对开采覆岩组合特征、工程地质特征分析,覆岩破坏理论研究及地表沉降观测验证,初步归纳总结出特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征,为以后开采准确评价防水煤岩柱安全质量,合理留设防水煤岩柱高度,覆岩破坏预测、观测及地表沉降防治提供了可靠的理论和实践依据。