河流下伏采空区地表沉降规律及处治技术研究

以西石门铁矿为工程背景,采用物探、监测、数值计算等方法,开展河流下伏采空区地表沉降规律研究,提出采用“补偿法”的技术措施治理河床不均匀沉降。主要研究结论如下：采用可控源音频大地电磁法可将研究区域划分为沉陷区、危险区和低电阻异常区,其中,低电阻异常区为采空区或矿体的表现;水平挤压构造应力致使地表形成椭圆形沉陷盆地,其存在增加了地表移动盆地的范围;水平挤压构造应力降低了开采最大沉降量,但使累计沉降量呈现出“突发式”增长模式;“补偿法”永久治理措施中,防渗加固主体结构包括刚性防水层、柔性防水层及抗冲刷层,可随河床沉陷而下沉,最终填平矿体开采造成的地表不均匀沉陷。     

黄土沟壑地形下相邻采空区对地表移动变形影响研究

针对黄土沟壑地形下回采工作面在相邻采空区影响下地表移动变形进行研究,基于矿区实测数据,结合FLAC^3D数值模拟软件进行三维分析。结果如下：单一工作面开采地表最大下沉值为1 168.95 mm;受采空区影响工作面开采地表最大下沉值为2 422.07 mm,与实际监测值相比,数值模拟值相对监测值相差不大;回采工作面受采空区影响,采空区侧应力要大于回采侧应力,地表下沉盆地偏向采空区一侧;工作面回采导致的移动变形受地表地形影响较大,位于沟壑地形边坡位置地表发生滑移,移动变形量比坡顶要大。     

深部矿床上行式开采采场参数优化数值模拟

环境复杂“三下”矿床开采引发的岩层变形威胁到地表建构筑物的安全。以典型的“三下”矿山金口岭深部矿体开采为例,采用定量与定性相结合的方式,对金口岭深部矿体上行式开采25组不同采场结构参数下地表变形特性进行了数值模拟。结果表明,上行式盘区点柱式上向分层充填采矿法对保护地表建构筑物安全极为有利,当采用盘区长度为70 m、顶柱厚度为6 m、间柱宽度为6 m、点柱尺寸为4 m×4 m、点柱间距为12 m的结构参数时,地表倾斜值为-0.18 mm/m,曲率值为-0.003×10^-3/m,水平变形值为0.11 mm/m,参照《GB 50771-2012,有色金属采矿设计规范》,均小于地表建构筑物所允许的变形值。     

深部极不充分采动条件下地表移动特征观测分析

为了提高深部条带开采的生产效率,更好地保护地表形态及建筑物,利用鹤煤九矿深部25采区开掘一个工作面后的观测数据,分析总结出深部极不充分开采条件下地表移动特征的主要结论如下:地表下沉值很小,而全采情况下的最大下沉值是极不充分采动条件下近10倍;地表移动影响范围和全采情况下相差不大,地表下沉盆地十分平缓;地表下沉盆地的拐点一般偏向煤柱一侧,而不是采空区一侧,地表水平压缩变形的范围将延伸到采空区的外侧;时间影响因素表现在地表移动活跃期不存在(下沉速度不大于50mm/月)、地表移动期推迟、不存在超前影响角等。该基本规律适用于类似地质条件下的深部开采矿井,对以后进行深部"三下"压煤开采设计具有指导作用。     

某金矿"三下"开采移动带内地表稳定性分析

为确保移动带内地表村庄、河流、道路的安全，同时最大限度地开采地下资源，结合某金矿大断裂带构造条件下采用尾砂胶结充填采矿法的工程实例，运用概率积分法理论计算出的矿山安全开采深度为108 m，小于覆岩厚度（130 m），满足安全开采要求。采用FLAC3D数值模拟方法对该矿“三下”开采移动范围内典型剖面的地表沉降进行了分析，经计算，最大倾斜变形为0.022 mm/m、最大水平变形为0.019 mm/m，与地表实测数据较接近，满足建（构）筑物保护等级要求。根据矿山井下爆破工程特点，计算出的矿山最大爆破安全允许距离为96 m，认为矿井爆破振动不会影响至地表。研究表明：该矿“三下”开采移动带内地表建（构）筑物安全稳定，对于该矿安全高效开采以及类似矿山开采移动带范围内的地表稳定性分析有一定的参考价值。     

云驾岭矿厚煤层综采地表沉陷时空演化规律研究

为了研究云驾岭煤矿厚煤层综采地表沉陷的时空演化规律,基于现场实测数据,分析了矿井三采区开采监测数据的时空相关性以及地表动态沉陷和超前影响的演化规律,得出了地表移动的延续时间,构建了顾及三维空间及时间效应的地表任意点最大下沉速度表达式,并给出了达到最大下沉速度的时间。建立了利用采动程度系数、覆岩岩性系数、采深等多因子来表达云驾岭煤矿非充分采动地表移动延续时间的经验公式。结果表明:井下采出空间由极不充分开采过渡到非充分开采,地表下沉量显著增加;超前影响距平均值为388 m,超前影响角平均值为56°;12303和12305工作面开采地表最大下沉速度滞后距平均值分别为146 m和143 m,最大下沉速度滞后角平均值分别为76°和77°;基于正态分布时间函数能够计算地表任意点的最大下沉速度;理论值和实测值对比结果表明,采用包括采动程度系数、开采深度和覆岩岩性系数等多因子来表达地表移动的延续时间更符合工程实际。     

深部条带开采地表移动特征观测分析

利用某矿深部25采区开掘一个宽条带后的观测数据,分析总结出深部条带开采地表移动特征的主要结论:地表下沉值很小,而全采情况下的最大下沉值则是条带开采条件下近10倍大;地表移动的影响范围和全采情况下相差不大,地表下沉盆地十分平缓;地表下沉盆地的拐点一般偏向煤柱一侧,而不是采空区一侧,地表水平压缩变形的范围将延伸到采空区的外侧;时间影响因素表现在地表移动活跃期不存在(下沉速度不大于50 mm/月)、地表移动期推迟、不存在超前影响角等.     

风蚀地貌区浅埋厚煤层采动漏风规律研究

为研究风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采采空区漏风规律,以榆树岭矿井110501工作面为工程背景,通过相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法对采空区漏风情况进行研究。研究结果表明：110501工作面开采后,裂隙发育至地表,地表漏风裂隙平均间距约为15 m,竖直方向上,距离煤层越近,覆岩下沉位移越大,最大下沉位移量约为8 m;裂隙贯通地表条件下,采空区自燃“三带”范围增大,地表风流为主要风源,风流路径为地表裂隙→采空区→工作面;工作面后方150 m采空区内为主要漏风区域,平均漏风强度为2.29 m³/s,采空区上覆岩层裂隙是主要漏风通道,靠近采空区回风巷侧裂隙漏风能力最强。研究结果可为风蚀地貌矿区浅埋厚煤层开采时工作面通风和采空区自燃危险区域判定提供参考。     

金属矿山开采过程上覆岩层应力与变形特征

采用数值分析方法, 研究了动态开采过程中金属矿山采空区覆岩在拉应力、垂直应力作用下的位移及变形破坏特征。研究发现拉应力对覆岩造成的破坏较其它应力显著, 是覆岩垮落的主导因素。分析覆岩内部垂直应力发现: 开采初期覆岩内部压应力显著, 随着开采进行, 在采空区的正上方, 压应力逐渐向拉应力过渡; 垂直应力呈“凹”形分布在采空区两端部, 其形状和应力值随采空区的增大而增大。随着工作面的推进, 覆岩下沉范围和下沉量均逐渐增大; 下沉曲线的最大下沉点, 向工作面推进方向逐渐移动; 下沉曲线的光滑程度体现了监测点在覆岩所属区域是弹性区、塑性区还是垮落区。研究结果可为矿山围岩支护提供一定参考依据。     

崩落法开采对塌陷区回填体沉陷影响的数值分析

运用UDEC软件对地下矿体采用崩落开采后塌陷区回填体的沉陷变化进行了数值模拟分析。结果表明，回填域内的位移呈“中间大，两端小”的现象，且位于矿体正上方的沉陷尤为显著，整个回填区域内似“V”形沉陷盆地，最大下沉值约为30 m。利用UDEC软件正确模拟与预测地下开采后地表回填体的运动规律，为矿区安全回填工作的顺利开展提供科学参考。     

缓倾斜矿体开采地表沉降模拟

为最大限度地开采地下矿体并保护地表构筑物的安全,以基本空场法开采的某个缓倾斜多金属矿床为工程实际,运用FLAC3D建立三维模型,结合后处理软件TECPLOT进行地表沉降规律模拟研究,并根据模拟结果绘制地表沉降曲线图。研究结果表明：沉降等值线基本遵循塌沉形态分布;采空区上方地表下沉最大,同一方向上越远离中心下沉值越小。地表最大沉降位移为120.9 mm,地表村庄除杨家村最大沉降值为24 mm处于危险圈定范围内,其他地表构筑物均处于开采损害范围之外;模拟沉降计算结果为地下矿体开采和地表村庄构筑物影响研究提供一定的理论依据,具有重要的现实意义。     

复杂地质条件下两种采矿方法共同开采时地表变形规律研究

采用相似模拟实验、数值模拟和现场测试相结合的方法对程潮铁矿无底柱分段崩落法和充填法共同开采时的地表变形情况进行了研究,同时利用地压在线监测系统进行应力测试,确保保安矿柱回收的顺利进行。结果表明,地表最大沉降值为54 mm,基本保证地表的稳定性;垂直矿体走向方向地表的垂直位移值与开采中心的距离正相关,水平位移值则以开采中心呈现中心反对称。随距开采中心距离增大,矿区地表垂直位移和水平位移绝对值逐渐减小。该研究可为程潮铁矿井下矿体共同开采提供参考。     

承压含水层自身性质对地表沉陷的影响规律

为了确定28采区继续回采对地表建筑物的影响,以9#煤层28采区上覆第四纪承压含水层为研究目标,综合采用理论分析、数值模拟等手段,运用岩层移动、地下水动力学相关知识,研究了含水层自身性质对地表沉陷的影响,研究结果表明:在28采区条件下,地表沉陷与含水层压力、渗透系数成正比关系;含水层厚度对地表沉陷的影响呈抛物线状态,在厚度为30 m时,对应的地表沉陷最大;28采区继续回采地表沉陷最大值较以往将会不断的减小,不会对建筑物造成进一步的破坏。     

充填房柱采矿中永久矿柱合理参数的确定

通过经验公式计算和三维有限元数值模拟,确定了云驾岭铁矿嗣后充填采矿中永久矿柱留设的合理参数,使其地表沉降在地表建筑物允许的范围内,既保护了地表建筑物不被破坏,又能最大限度的回采村庄下的矿产资源.     

上向水平分层充填法采矿地表变形研究

开采地下矿产会造成地表开裂、变形,破坏建筑物,对人们的生产、生活造成严重的影响,矿区地表变形问题一直是影响矿山安全生产的一个重要方面。应用FLAC^3D数值分析软件,建立三维地质模型,模拟计算司家营铁矿分步开采回填后相应地表变形情况,并与经验公式计算的地表沉降值进行对比分析。提出了司家营矿区地表变形的一般规律及变形机制,对地表变形的地质灾害做出分析评价。研究结果表明,上向水平分层填充法采矿能有效的控制地表变形问题,填充体对减小变形具有重要的作用。对比分析表明数值模拟结果比经验公式结果偏小,但在合理许可范围内,表明FLAC^3D是预测地表变形的一种有效手段,对其他相似采矿引起的地表变形研究和预测具有重要的参考价值。     

无底柱分段崩落法塌陷区回填体移动规律研究

为解决金山店铁矿地下矿体崩落开采时地表塌陷区的安全回填问题,利用相似原理对相似模型进行了崩落采矿模拟试验,找出了不同分段落矿时地表回填体的塌陷模式并进行了分析。试验结果表明地表回填体最活跃的区域处于端部出矿口的正上方,这就为确定回填时的重点防范区域与指导塌陷区安全回填工作提供了必要的科学依据。     

琅琊山铜矿地下采矿对复杂地表环境安全影响研究#br#

为分析琅琊山铜矿地下采矿对矿区地表复杂的建（构）筑物造成的影响,建立了地表地形和地下开采模型,采用数值模拟方法对矿山地下采矿造成的地表沉降变形进行模拟,得出地表最大沉降值为48.4 mm,且各个沉降区域分布扩展较为均匀,倾斜变形、曲率及水平变形最大值均小于允许指标。采取模拟监测的方法,通过布置主监测线和辅助监测线来获得监测数据,对沉降变形进行修正。主监测线最大沉降值为45.99 mm,辅助监测线监测结果与主监测线监测结果相近。研究结果表明,沉降最大区域附近属于均匀变形,开采对地表建(构)筑物安全影响较小,同时也为矿山开展地质灾害防治工作提供了理论依据。     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

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。