金川二矿区地表裂缝沉降变化规律及形成机制分析

我国最大的充填法开采矿山?金川二矿区在采用胶结充填采矿法开采18年后发现了大范围的山体开裂和地表裂缝,引起了人们的关注。因此,研究充填法开采矿山地表裂缝沉降变化规律及形成机制成为一项重要课题。以实地踏勘调查与地表GPS监测的长期现场数据为依据,阐述了金川二矿区自2000年2月以来呈现大范围地表岩体沉降开裂的现象。通过裂缝区调查、测绘与槽探,揭示了地表裂缝区范围与特征;从沉降裂缝区的形成、岩体移动与变形规律及沉降裂缝发展趋势分析了金川二矿区地表裂缝沉降变形规律;由矿区地质构造、围岩应力分布出发,结合高强度采矿活动的影响,探讨了地表裂缝沉降的形成机制及影响因素。最后,对金川二矿区地表沉降开裂现象提出了认识与建议。     

充填采矿法引起的地表变形数值模拟研究

胶结充填采矿法开采急倾斜矿体对地表的影响与其他采矿方法不同,有着自己的规律。本研究利用FLAC3D数值模拟软件对金川充填采矿法引起的地表变形进行了研究,提出了金川二矿区地表变形的一般规律,初步得出金川二矿区地表裂缝的产生是由于采矿所引起的结论;并且解释了地表裂缝的出现滞后于开采的现象;对计算结果用GPS测量结果进行了校合,验证了计算的可靠性;最后,研究了充填体弹性模量对地表沉降的影响。     

金川二矿区地表开裂过程的数值模拟

基于平面应变弹塑性理论建立的有限元模型,利用死单元表示矿体采空区域的方法,数值模拟了金川二矿区1号矿体开采过程中地表裂缝形成和发展的全过程,并对地表裂缝的进一步发展作了预测,模拟得到的地表开裂时间和地表裂缝分布范围均与实际相符。通过分析采矿过程中矿区岩体的应力变化,半定量地给出了地表开裂的力学原因。     

金川矿山两体岩石力学问题初探

金川二矿区深部采场面积将达到10万m2,埋深将接近1000m,深部采场围岩及充填体的稳定性成为当前的核心问题。针对由充填法开采引起的地表移动、变形和破坏等问题,分析了大量充填体形成的"人工岩体"、"空壳体"与天然地质体之间的性质差异及其相互作用机理,借鉴两体力学试验分析结果,提出了金川矿山深部开采面临的两体岩石力学问题。     

程潮铁矿井区变形监测分析及处置建议

程潮铁矿东主井和西风井区相继出现地表裂缝和井筒开裂现象,且地表裂缝范围在不断扩大,已经对东主井和西风井的结构安全构成威胁。为此,主要依据井筒开裂和地表裂缝的现场调查以及在变形监测的基础上,对井筒结构及地基变形开裂的岩体力学机理进行分析,探讨了东主井和西风井井区地表变形和井筒开裂的成因,得出地下水疏干和地下采矿是引起地表变形和地面塌陷现象的直接原因,而矿区工程地质构造和水文地质条件等对地表变形特征产生影响,并提出了相应的减缓井区地表变形的措施。     

大红山铁矿露天——地下联合开采岩移发展规律研究

地下开采产生的地表移动会影响邻近露天采场边坡的稳定性。以大红山铁矿露天—地下联合开采为例,采用微震、地表开裂观测等多种方法进行岩移监测和数据分析,探究了地下开采引起的岩体移动与地表开裂规律。首先,对历史监测数据进行了整理和分析,包括地表塌陷和裂缝的发育情况。其次,针对地下开采过程中的围岩变形特点,开展微震数据分析,获取了岩体损伤破坏信息。同时,结合矿山地质资料,统计数据得出了陷落角的变化范围。结果表明:大红山铁矿露天—地下联合开采,岩体移动发展阶段可划分为:冒落及地表贯通的岩移阶段、陷落区充分发展的岩移阶段、F2断层影响的陷落角非对称发育阶段、废石充填与深部开采下的岩移阶段。西北部陷落角发育范围为75°～81°、东南部陷落角发育范围为65°～82°。研究可为类似地质及工程条件矿山岩移发展规律分析提供一定参考。     

高构造应力下充填采矿引起的地表变形规律

为了揭示高构造应力复杂环境下充填采矿诱发的地表变形规律及内在机理,以金川二矿区为工程背景,借助数值计算、现场监测及理论分析等手段,对二矿区地表沉降变形规律的时空演化过程进行研究。结果表明：构造应力环境下充填采矿引起的地表垂直变形经历了萌芽、分化及发展阶段,地表由起初的整体沉陷变形逐渐演化为一个下沉变形区域和一个上升变形区域,且后续矿体回采,将进一步促进地表位移上升区域的发育,但下沉变形逐步趋于稳定,这与自重应力型矿山地表沉陷特征存在本质的区别。水平构造应力、围岩的力学性质、充填体等的共同作用则是产生地表上升变形的内在动力。     

地下铁矿扩界开采地表影响范围计算

矿山开采过程中往往会形成一定的空区造成地表的沉陷。为确保矿山的安全生产并提供地表影响范围计算的科学依据,针对某铁矿采用胶结充填法采矿需进行扩界开采的工程实际,将该矿的地表影响范围运用概率积分法和FLAC3D数值模拟软件进行预测。在已知该矿9条勘探线矿体形状的基础上,取地表沉陷数值为参考标准计算出地表最大变形区域;以FLAC^3D建立矿山的仿真模型,真实反映矿区的三维地理、地质信息和各地层材料的内在属性,模拟开挖过程中地表变形的动态发展,最终确定地表变形等值线图。由此得出矿区开采中心部位沉降值为18 mm,生产企业周围沉降值cm级以下,居民住房位于2 mm沉降圈以外,扩界开采带来的影响较小。地表监测数据进一步佐证了上述计算的准确性,扩界开采地表沉降范围计算可以指导矿山生产保证安全,有长远的意义。     

金川龙首矿充填采矿与地表沉降规律探讨

金川龙首矿采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,采用双中段大盘区同时回采的模式。应用FLAC^3D数值分析软件,探讨了龙首矿进路式采矿及充填对地表下沉的影响规律。通过对开挖区地表11个监测点的位移监控,得出了地表变形不仅存在着沉降运动,还伴随着复杂的拱起变形等结论,同时探讨了矿山应重点监测区域,为防止地表大范围变形破坏提供了理论依据与技术指导方向。     

金川二矿机械化盘区充填采矿方法优化及应用

随着开采深度的增大,金川镍矿的开采环境越来越复杂,从而导致机型化盘区充填采矿法难于高效实施.针对金川二矿区开采技术条件,开展了机械化盘区开采方法的革新与应用研究,在大面积连续开采方法、回采进路及断面设计、盘区充填砂浆滤水工艺、盘区通风系统及采掘工程支护技术等方面进行了改进和优化.应用证明,这些改进的技术显著提高了金川二矿区的生产能力和经济效益,也为国内外深部复杂难采矿山的开采提供了宝贵经验.     

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。     

急倾斜矿体分步充填开采对地表沉陷的影响

为了研究金川镍矿急倾斜矿体利用充填法开采出现的地面沉陷问题,基于三矿区多期地表岩移GPS监测数据,阐明了F17以东地下开采引起地表岩体移动的总体显现特征,在此基础上,分析了出矿量和地表沉陷盆地体积之间的关系,运用ADINA软件,对不同充填开采条件下围岩应力场、位移场变化特征进行了探讨.研究结果表明:三矿区地表沉陷盆地正在形成,其几何形态明显受到控矿断层的控制;当矿体几何形态和采矿方式较稳定时,地表沉陷盆地体积(T)和矿山出矿量(Q)在一定时段内具有一定的相关关系;影响地表沉陷的主要因素是从开采进路形成至充填阶段的围岩收敛变形和间柱的采断;多进路开采较单进路开采条件下的地表沉陷量大.     

地下开挖引起地表局部上升的弹性地基梁效应

通过分析金川三矿区的地表移动GPS监测数据,发现在矿山开采初期,地表局部岩体出现了轻微上升现象。参照弹性地基梁的受力变形特征,对这种现象进行了解释,并称之为“地下开挖引起弹性地基梁效应”。借助数值方法,对开采不同倾角矿体时这种现象发生的条件、过程及其特点进行了分析。结果表明：不论矿体倾角如何,都会出现地表局部上升现象;开采倾斜矿体时这种现象最明显,而且地表上升区出现的位置、分布范围和上升幅度都具有不对称的特点。     

金川二矿贫矿开采充填设计优化及数值分析

针对金川二矿区1 250 m水平以上贫矿开采充填进行了有关设计优化及数值模拟的研究,根据该矿区实际开采充填情况,设计了9个开采充填方案,采用FLAC2D对各方案进行了数值模拟,从各方案对采场的稳定性、地表的沉降、贫矿顶板及竖井地表位移的影响等方面进行分析,从而选出最佳方案;并对最佳开采充填方案与现行开采充填方案进行数值模拟,对模拟结果做对比分析,揭示了贫矿开采对地表沉降、采场应力及竖井工程的影响。     

高水材料短壁机械化充填开采地表沉陷规律研究

为了研究高水材料短壁机械化充填采煤法的地表沉陷规律及地表沉陷控制效果,以某矿区试验工作面地表沉陷数据为基础,研究了短壁机械化充填开采的地表移动与变形规律,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。结果表明,短壁机械化充填开采地表沉降变常规开采的一次沉降为分阶段的缓慢沉降,采用该方法在埋深230m,采高2.5m的近水平煤层充填开采时,地表最大下沉值、下沉速度分别为180mm与2.4mm/d,相比综采垮落法地表下沉值与下沉速度分别减小92%与96.3%,且下沉盆地范围明显减小,地表移动与变形值控制在《"三下"采煤规程》规定的I级范围以内,满足地表一般建(构)筑物的保护要求。     

唐山市马家沟矿开采沉陷损坏特征研究

开采沉陷损坏特征研究对于矿区沉降机理分析和生态修复利用至关重要。以唐山市马家沟矿区为例,根据该区域煤炭开采和矾土矿资源赋存特征,结合现场勘测与调查资料,分析了矿区开采沉陷变形损坏 特征。结果表明：急倾斜煤层开采在下山方向地表易形成台阶状非连续变形地裂缝,处于裂缝处的建（构）筑物破坏严重,位于裂缝以外的建（构）筑物破坏轻微,说明开采沉陷在裂缝处发生集中变形;根据物探勘 测,原采动过程中形成的地裂缝随着开采沉陷的稳定绝大部分闭合密实,但个别裂缝仍存在;在急倾斜煤层露头区域,不仅在开采过程中地表出现抽冒塌陷现象,而且开采沉陷稳定若干年后仍可能出现抽冒塌陷现象 。上述分析可为闭坑后的马家沟矿区采空区专项勘察及塌陷土地建设提供基础数据和设计依据,同时对国内类似矿区开采沉陷规律研究及矿区景观生态修复也有一定的参考意义。     

深部金属矿山崩落区沉降分析

金属矿山采用崩落法开采形成从开采阶段至地表的崩落区,崩落区岩体在地下开采扰动作用下累积 应变进而引起崩落区上方地表变形等问题,对矿山的安全生产构成极大威胁。以狮子山铜矿深部开采为背景,研 究深部金属矿山崩落区沉降对矿山的整体影响。利用 HyperMesh 软件构建狮子山矿崩落区数值模型,采用大型有 限元软件 LS-DYNA 计算崩落区围岩体在静力条件下形变及崩落区上方地表沉降。数值模拟结果表明,静力作用 下崩落区围岩体产生应力集中,应力集中程度随深度的增加而增加。根据地表沉降数值模拟结果,得到了狮子山 矿崩落区上方易于发生地表沉降位置并预测了沉降值范围。研究成果可为采用崩落法矿山预测崩落区围岩形变、 地表沉降及矿山安全生产提供参考。     

基于FLAC3D的复杂空区对地表公路影响研究

为了研究矿山复杂空区群对地表公路的影响,以某矿山开采实际为背景,利用FLAC3D建立模型,分析穿过该矿区地表的两条公路在受空区群影响下的沉降变形特点,得出了其变形影响规律,并预测了最终地表沉降量,结果表明,当前开采情况下采空区不影响地表公路正常运行,但沉降引起的路面起伏及坡度变化等问题需予以关注,该研究方法可供类似研究借鉴。     

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。     

金属矿“露天-崩落-充填”多采区联合开采地表移动规律研究

金属矿多采区、多方法联合开采产生的地表移动变形具有复杂性,为揭示联合开采岩体移动变形规律,以大红山铁矿“露天崩落充填”联合开采为例,开展了三维有限元全弹性数值模拟研究,并对地表自动全站仪位移监测数据进行了分析.研究结果表明:相比Ⅰ号铜矿体充填法开采,主矿体崩落法开采对地表移动及露天边坡的稳定性影响最大,移动范围已越过F2断层,并波及到露天顶部境界;地下充填与崩落法开采对露天顶部境界的水平位移是反向的,边坡易产生张拉开裂;地下主采区北部沿脉巷道在采动应力叠加下易发生开裂;监测数据表明,虽然地下崩落法开采造成的沉降位移未波及露天边坡,边坡稳定性较好,且地表开裂范围无明显扩展,但移动范围有进一步外扩的趋势.综合数值计算与监测数据分析结果,提出了保障联合开采的安全防护措施,包括边坡防护、设计优化、监测系统升级、塌陷坑废石回填治理等,从而有利于大红山铁矿多采区、多方法联合开采安全平稳过渡.