厚覆盖层条件下地下采矿引起的地表陷落特征模型试验研究变形

以某金属矿山为原型，运用地质力学模型试验，深入分析了厚覆盖岩层条件下地表变形陷落随不同开采水平的变化规律、不同开采水平下地表变形陷落范围的变化规律以及地表变形陷落随时间的变化规律。试验采用数码相机数字化近景摄影测量方法来量测采矿过程中地表及上、下盘岩体中的位移。本试验模拟了复杂的地质条件和自然崩落法的采矿过程。地表最大下沉位移主要集中在断层F1，F4之间的区域。采场顶板围岩具有明显的流变特性，蠕变曲线具有较明显的减速蠕变阶段、稳定蠕变阶段以及变形稳定阶段。在目前开采条件下，蠕变曲线都呈变形收敛形态。相对最终稳定时的总位移量，开采完毕瞬时位移占10％～35％，减速蠕变阶段所产生的位移约占43％～72％，稳定蠕变阶段所产生的位移占15％～25％，不难发现，绝大部分地表下沉位移主要发生在减速蠕变阶段。减速蠕变阶段约为7～8d，最终变形稳定阶段约为46～50d。通过对试验结果的深入分析，从-270m水平起采明显优于从-200m水平起采。根据试验结果，所提出的最优起采深度已被矿方所采用。     

厚覆盖岩层条件下地下采矿的地表及围岩变形破坏特性模型试验研究

以某矿山为原型,通过地质力学模型试验,深入分析了厚覆盖层岩层条件下地下采矿引起的地表变形陷落特征和采空区围岩的变形和破坏特征,同时分析了地表变形陷落和围岩变形时间效应特征以及采空区围岩破坏机理。与相应的各种数值模拟结果(二维弹塑性有限元、三维弹塑性有限元、二维离散元等)进行了对比分析,发现物理模拟试验结果比各种数值模拟计算结果更接近于工程现场原位监测结果,试验得到了许多数值模拟无法得到的颇具启发性的全新认识。试验所得出的最优起采深度和一些新认识被有关方面所接受和采用。对工程实际具有重要的指导作用。     

辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。     

蠕变作用后大理岩强度与变形特性试验研究

为研究蠕变行为对岩石力学性质的影响,分别在裂隙压密阶段、弹性阶段、裂隙稳定扩展阶段和非稳定扩展阶段,对大理岩进行不同应力水平和时间的蠕变预处理,卸载后再进行单轴压缩破坏试验,分析不同条件蠕变作用后大理岩强度与变形特性的变化规律,同时提出采用体变速率进行岩石变形阶段划分的新方法。结果表明:(1)裂隙压密和弹性阶段蠕变对大理岩力学性能起强化作用,随蠕变时间增长,强度和弹性模量增大,泊松比减小,且弹性阶段蠕变的强化程度大于压密阶段。裂隙稳定扩展阶段蠕变呈现相反的变化规律,起劣化作用,而岩样在非稳定扩展阶段蠕变预处理时快速破坏;(2)依据扩容速率可将岩石变形过程分为3个阶段,分别为平稳压缩阶段、加速扩容阶段及减速扩容阶段;(3)裂隙压密和弹性阶段蠕变后,大理岩峰值扩容速率随蠕变时间增长略有减小,裂隙稳定扩展阶段蠕变后则随蠕变时间增长显著增大;(4)原始岩样和蠕变作用0 h后岩样的单轴压缩破坏形态以单一剪切面破坏为主。随蠕变时间增长,裂隙压密和弹性阶段蠕变后岩样破坏形态转为沿轴向劈裂破坏,裂隙稳定扩展阶段蠕变后转为剪切、劈裂组合破坏,除几条主裂隙外,还伴随众多次生裂隙。     

顺层岩质斜坡开采沉陷预测模型研究

为有效预测地下采矿诱发山区顺层斜坡的沉陷变形,在分析概率积分法水平地表开采沉陷的基础上,以与岩层、矿体的倾角相同或者相近的顺层岩质坡体为研究对象,建立单元体开采和半无限开采情况下顺层岩质倾斜地表的开采下沉变形预测模型,并给出预测模型的解算过程及步骤。通过2个矿山开采沉陷实例,将预测模型的解算结果分别与现场实测数据、相似模拟试验观测数据进行对比分析,结果表明:预测结果与现场实测下沉量吻合良好,与相似模拟试验观测下沉曲线形状相似,最大下沉量基本一致,符合试验原型的实际情况,预测结果能够反映顺层倾斜地表开采沉陷的情况,预测模型具有较好的适用性。     

厚松散层重复开采地表移动变形特征比较与分析

根据某矿厚松散层、大采深、长工作面、机械化采煤条件下2个初采和1个重复开采工作面观测站实测资料,通过移动变形计算和规律分析,获取了基于概率积分法的地表移动变形预计参数,从地表移动持续时间、下沉状态、地表移动盆地特征、概率积分法参数等方面总结了重复开采与初采时地表移动变形规律的差异,为类似地质采矿条件下的重复开采地表移动变形规律分析提供参考。     

杭州某软土超深基坑变形性状研究

分析了杭州淤泥质黏土地基中,开挖深度达23 m,采用逆作法的深基坑变形性状。基于基坑围护墙体水平位移及周边地表沉降实测数据进行了统计分析。由于坑内淤泥质土层较厚,项目采用了水泥土固化加固方案,本基坑围护墙最大水平变形达98.7 mm,最大水平变形达0.24%～0.49%H_m(H_m为最大开挖深度),总体变形较大。其中开挖间歇期产生的蠕变变形占总水平变形的38.2%～50.1%,开挖至底板标高后围护墙产生的蠕变变形占总变形量的17.4%～21.3%,说明在高地应力下软土基坑蠕变明显,应尽量快挖快浇。本基坑墙后地表沉降主要影响范围为0.5～2.0H_m,呈漏斗形,最大沉降处距坑壁0.8～1.5H_m,最大沉降为0.17～0.37H_m,地表沉降发展有较明显的滞后性。     

黄土山区叠加工作面开采地表移动变形规律

以N1114和N1206工作面联合开采为研究对象,通过对地表观测站数据的处理、分析和对比,结果表明,N1114工作面先单采条件下,地表沉陷变形小,最大下沉为1 165 mm,联合采后,受重复采动影响,地表沉陷变形特别剧烈,最大水平变形为62 mm/m,最大下沉为7 155 mm。叠加工作面开采的地表倾斜、水平移动变形曲线和曲率等曲线分布极不均匀,曲线形态抖动性较大。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

深部开采地表沉陷规律研究分析

结合实例,通过对煤矿深部开采地表下沉与采动程度关系的分析,揭示了开采深部单一工作面下地表变形特征和深部开采较大采区的地表变形特征,最后得到了深部开采较大的地表变形规律。     

湖下采煤下渗模型试验与规律研究

根据地质力学模型试验原理和南四湖的工程地质与水文地质条件,建立了12个地质模型。通过模拟湖下煤层的开采过程,分析了煤层上部的砂岩和灰岩的破坏特征及地面开采盆地的形成过程。通过测量上层滞水位和潜水位随开采的变化和水位的恢复过程分析了湖下采煤对南四湖湖水的影响和湖水下渗的规律。研究发现:如果湖下存在2~3 m左右的黏土层,地表湖水基本上不会渗透到地下,也不会造成地表水的大量损失。开采时潜水位会随着开采产生周期性下降,停采后周围潜水会侧向补给采空区,潜水位逐渐恢复,在南四湖的地质条件下,潜水位恢复到原来的95%,大约需要一年的时间。     

Mapping ground movements in open pit mining areas using differential SAR interferometry

The coherent pixel technique is an advanced differential SAR interferometry technique that has been used for mapping and monitoring ground movements in La Union mining area (Murcia, SE Spain). This technique was originally used to monitor mining subsidence in La Unión Town but unknown ground instabilities were detected in an abandoned open pit mining area nearby. Measured displacements have been analyzed with respect to geometrical and geological factors that play a role in ground movements. Then a "blind test", consisting on geomorphological mapping of detected deformed areas, was performed in order to identify the existence of unknown active processes: slope instabilities and flat accumulation areas. Finally, a detailed analysis of these results has permitted to illustrate the advantages and disadvantages of using this technique for mapping ground movements in mining areas.     

Rock characterization while drilling and application of roof bolter drilling data for evaluation of ground conditions

Despite recent advances in mine health and safety, roof collapse and instabilities are still the leading causes of injury and fatality in underground mining operations. Improving safety and optimum design of ground support requires good and reliable ground characterization. While many geophysical methods have been developed for ground characterizations, their accuracy is insufficient for customized ground support design of underground workings. The actual measurements on the samples of the roof and wall strata from the exploration boring are reliable but the related holes are far apart, thus unsuitable for design purposes. The best source of information could be the geological back mapping of the roof and walls, but this is disruptive to mining operations, and provided information is only from rock surface.Interpretation of the data obtained from roof bolt drilling can offer a good and reliable source of information that can be used for ground characterization and ground support design and evaluations. This paper offers a brief review of the mine roof characterization methods, followed by introduction and discussion of the roof characterization methods by instrumented roof bolters. A brief overview of the results of the preliminary study and initial testing on an instrumented drill and summary of the suggested improvements are also discussed.     

承压水体上对拉工作面开采合理错距的确定

承压水体上对拉面开采的错距对底板岩层破坏的影响只是局部的和暂时性的。当工作面开采达到一定规模后，底板岩层破裂最大深度取决于宏观开采技术参数和地质条件。底板岩层现时的和最终的破裂深度不因开采错距的大小（5～30m）而改变，以淮北杨庄矿承压水体上对拉工作面开采为研究背景，通过现场矿山压力观测，数值模拟分析，认为对拉面错距在10m以内为宜。     

离石矿区开采沉陷规律及开采沉陷治理研究

通过对矿区地质条件及地形地貌的综述,研究了矿区地表移动观测站布置、地表移动与变形动态分布特征以及地表移动规律,结果表明：该区地表沉陷规律基本符合山区地表移动规律。     

急倾斜煤层开采岩移基本规律的模型试验

针对新集三矿急倾斜煤层开采复杂的采矿地质条件，运用实验室相似模型试验方法，对西三采区煤层开采引起的岩体移动和地表沉陷的基本规律进行了研究，总结出了新集三矿急倾斜煤层开采重复采动所引起的厚冲积层岩体移动基本特征和地表沉陷的相关参数。所得结果对现场开采及地表沉陷治理具有一定的指导作用，对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。     

Fuzzy genetic programming method for analysis of ground movements due to underground mining

The prediction of ground surface movements is an important problem in rock and soil mechanics in the excavation activities especially the coal and metal mining. Based on results of the statistical analysis of a large amount of measured data in underground excavation engineering, the fuzzy genetic programming method (FGPM) of ground surface movements is given by using the theory of fuzzy probability measures and genetic programming (GP). And genetic programming approach is proposed to determine the parameter of ground surface movements due to underground mining of coal in this paper. Genetic programming is trained by used practical mining induced surface movement data. The agreement of the theoretical results with the field measurements shows that the FGPM is satisfactory and the formulae obtained are valid and thus can be effectively used for predicting the ground surface movements due to underground mining, especially the mining of coal and metal.     

靖远矿区地面塌陷地裂缝特征与治理研究

在研究靖远矿区地质环境的基础上,较为详细地叙述了地面塌陷、地裂缝地质灾害发育特征,对地面塌陷进行了.分区稳定性分析评价和地裂缝稳定性分析,针对不同灾害类型、区段,提出了回填、夯填、耕地恢复等治理建议.     

岩质工程地质体三维球颗粒计算模型可视化建模

针对难以为离散数值方法建立复杂地质体计算模型的问题,以VC⁺⁺基础类库（MFC）为开发平台,编写三维球颗粒数值计算模型建模程序。利用开放图形程序接口OpenGL,在程序中实现建模可视化。开发的地表开挖算法及坑道开挖算法可使模型形成复杂地表和各种坑道空间。建模实例表明程序具有建立大型复杂地质体球颗粒计算模型的能力,可适应各种常见的工程地质体建模,有助于促进DEM、DDA等离散数值方法在大型工程中的推广应用。