下伏采空区对高速公路建设的工程灾害研究

地下开采所引起的地表沉陷灾害是我国高速公路建设中所面临的一个新的课题。地下空区开采对高速公路建设的影响主要体现在以下4个方面：(1)地下开采所引起的地表沉陷；(2)采动岩体近地表公路隧道在附加应力作用下的围岩变形；(3)老采空区围岩流变引起的地表二次沉陷；(4)老采空区在人工扰动影响下的地表活化。本文分别讨论了以上工程灾害的研究程式和研究方法．导出了相关的计算公式，并辅以成功的实例。     

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。     

某矿8102工作面岩移观测站方案设计

煤层开采造成覆岩及地表的移动变形是一复杂变化的过程。掌握地表与覆岩受采动影响的移动和变形规律,最大限度地减少由于开采沉陷而造成的损失具有重要的意义。地表移动变形信息准确可靠地获取十分重要,需要科学合理的观测方案。论文结合某矿8102工作面地质采矿条件的具体情况,对该工作面地表移动观测站、观测线、观测方法、精度要求及观测数据处理等技术方案进行了设计,成果具有现实意义。     

不同开挖方式下采空区变形规律研究

煤矿采空区上覆岩层变形控制已经成为安全开采的关键环节,是确保工作人员及周边居民生命财产安全的重要因素。为得到合理的煤层开采方式、降低采空区引起的地表沉降,以山东莱芜市北埠煤矿为研究对象,利用FLAC~(3d)模拟软件对不同开挖方式下采空区上覆围岩的变形特征及地表沉降规律展开深入分析,研究结果表明:(1)开挖同一煤层条件下,双向开采引起的变形量大于单项开采;(2)相同采序条件下,单向开采引起的竖向变形与影响范围较小;(3)煤层开采顺序一定时,不同开采方式导致的地表最大沉降值相差不大。     

老采空区地表残余移动变形影响函数研究

为解决老采空区地表新建建(构)筑时的地基稳定性评价问题,填补规程空白,通过覆岩结构演变分析,提出地表残余移动变形的定义和2个阶段,指出第2阶段残余移动变形才可能对地表建(构)筑产生有害影响.发现垮落岩体压实特性自老采空区边界至中央具有明显的分区性:边界区空洞,老采空区中部垮落岩体空隙及其上部岩层裂隙.将这2组决定地表残余移动变形发生的老采空区及覆岩空间,分别转化为对应的等效开采厚度,采用概率积分原理构造出采动影响下地表残余移动变形静态影响函数,包括残余下沉、残余水平移动、残余倾斜变形、残余水平变形、残余曲率变形影响函数.应用这些影响函数进行计算表明,在老采空区两侧边界出现地表残余移动变形最大值,这与老采空区边界空洞较大、活化潜能大的机制分析结论一致;采用开尔文模型,分析老采空区及覆岩的蠕变特性,构造残余下沉坐标-时间函数,实现残余下沉的动态分析;通过实际观测数据和FLAC3D数值模拟2种方式验证,表明各影响函数可较好地描述地表残余移动变形规律.     

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。     

基于监测数据的陡倾结构金属矿山下盘岩层移动机制研究

为了解决陡倾结构金属矿山地下采矿引起的地压显现、地表塌陷和建构筑物损坏等问题,以金山店东区下盘为研究背景,首先根据地下、地表现场破坏调查与监测数据得出岩层移动基本规律,然后结合地质条件,通过理论分析研究岩层移动机制。地下采空区附近靠近F1断层处巷道出现地压现象,原因是采矿引起的F1断层滑移。地表变形从开采至今经历了3次加速阶段,加速变形点与采矿进度、陡倾结构引起的地表塌陷与地下巷道破坏的时间吻合。陡倾结构岩体的变形破坏是由深部逐渐传递到地表,导致地表移动和建构筑物开裂。下盘采空区附近围岩分析模型简化为悬臂梁模型,得到围岩破坏的机制为开采诱发F1断层滑移引起陡倾结构岩柱弯曲倾倒破坏,各柱体破坏贯通并沿着破坏面滑移。陡倾结构面是引起下盘岩层大规模移动的主要原因,这种特殊的岩层移动机制导致监测所得的移动角明显小于设计的移动角。     

平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究——以贵州省马达岭滑坡为例

 马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明：煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应力集中,导致采动裂隙首先产生于该部位,以陡倾竖向倾倒式裂隙为主,裂隙向采空区中部扩展并逐渐形成离层裂隙和剪切裂隙;变形稳定后采空区上覆岩层弯曲,在地表形成沉陷区;受采空区上覆岩层沉陷的推挤作用,外侧坡体沿煤层向坡外滑移,导致坡体下部隆起。该类斜坡变形破坏的地质力学模式可以分为：弯曲–拉裂(“表生”改造阶段)、塑流–拉裂、蠕滑–拉裂3个阶段。     

岩溶矿区采动裂隙发育及溶洞破坏特征相似模拟

针对岩溶矿区煤层开采采动裂隙发育规律及其对溶洞稳定的影响问题,通过构建岩溶洞区域煤层开采模型,对煤层开采条件下的岩溶洞破坏特征以及岩层移动特征进行了分析,分析结果表明:在强烈的采动影响下,岩溶洞顶板最容易发生破坏,导致采动裂隙发育高度在岩溶洞顶板方向达到最大;在非均匀采动影响下,岩溶洞两侧岩层呈现极不均匀下沉,岩层以岩溶洞为端点发生回转,致使岩溶洞顶板和底板发生破坏。若此时,岩溶洞处于浅埋状态,则其顶板裂隙与地表容易贯通,使得地表土体颗粒流失,而底板裂隙造成岩溶洞内充填物漏失,岩溶洞顶板裂隙和底板裂隙的共同作用为岩溶地表塌陷创造了有利的客观条件。因此,在岩溶地区进行煤层开采时,应防止岩溶洞区域受到非均匀采动的影响。     

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。     

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。     

近距离煤层群下行开采覆岩运移特征试验分析

为研究近距离煤层群多次开采对覆岩运移的影响,根据潘二煤矿近距离煤层群(8、7、6、5煤)地质和开采技术条件,采用相似材料模拟试验开展了下行开采覆岩运移特征研究。分析得出了多次开采覆岩变形、破坏及运移规律,近距离煤层群多次开采与单一煤层开采形成的覆岩宏观运移形态和特征相似。随着开采次数增多,覆岩下沉系数呈线性递减。多次开采覆岩变形、破坏至连通的时间和空间位置关系与开采厚度、开采次数、层间距及层间岩性等因素密切相关。研究表明,覆岩运移的多次演化叠加不仅是影响顶板来压和控制、瓦斯抽采布置和效果的关键因素,也是采动应力演化致灾的主导因素。     

品字形房柱式采空区开采地表移动规律

榆神高速公路全长约88 km,路经5个煤矿采空区。采空区均由品字形房柱式开采而成,埋深介于10至120 m之间,房柱宽度和间距最小为6 m,最大15 m。采用FLAC3D对其中埋深较小的前阳湾煤矿采空区进行模拟,模型开采埋深为地表下17~20 m ,研究了品字形房柱式采空区地表移动基本规律、地表动态变形规律以及煤柱的受力情况等。关于房柱式采空区地表移动规律等的研究国内还未见报道,因此本文对以后类似工程具有一定的指导和借鉴意义。     

Stability analysis of large-scale stope using stage subsequent filling mining method in Sijiaying iron mine

To improve mining production capacity, a stage subsequent filling mining(SSFM) method is employed for Sijiaying iron mine. The height of the stage stope is approximately 100 m. As there are farmlands and villages on the surface of the mine, the surface deformation should be controlled when the ore is mined out for the purpose of stope stability and minimizing surface subsidence. In this paper, according to the site-specificgeological conditions, the self-stability of the stagefi lling body was analyzed, and the failure mechanism of back filling body was defined. Thus the relationship between the exposed height of filling body and the required strength was obtained. Next, the stability of back filling body and the characteristics of surface subsidence due to mining of 450 m level were analyzed using physical modeling.Finally, a three-dimensional numerical model was established using FLAC3 D, with which the surface subsidence and the stability of stope were achieved. The results show that the stope basically remains stable during the two-step recovery process. The maximum magnitude of the incline is 10.99 mm/m, a little larger than the permissible value of 10 mm/m, and the horizontal deformation is 5.9 mm/m,approaching the critical value of 6.0 mm/m, suggesting that the mine design is feasible for safety mining.     

大采高多断层工作面综放诱发地表沉陷观测及数值分析

 从现场监测出发,分析近年来的监测数据,获得王庄矿大采高工作面在高强度综放开采条件下的地表沉陷规律,通过打孔观察冒落带、裂隙带的分布规律,得到最大下沉高度。然后基于不连续变形数值分析方法建立地表沉陷模型,模拟和分析多条断层对工作面综放开采的影响规律,并获得最大下沉高度。模拟最大沉陷值约为4.5 m,要小于实测值4.9 m,可能的原因是数值模型中只考虑该区4条较大的断层,而实际该区还有很多小的断层和小构造,并且实际地质情况远远比数值模型要复杂。最后比较相似条件下有无断层的地表沉陷规律,获得有无断层影响下的覆岩破断规律及移动规律,并比较两者的异同。     

软岩地层地下铁矿开采岩体移动影响范围及变化趋势分析

 在我国官庄东矿北采区,采用分段崩落法进行回采,虽然矿区地表建筑物远离设计的地表移动影响范围,但仍受到影响。结合官庄东铁矿北采区进行分析,对深部开采引起的动态岩体移动变形问题进行具体计算,分析深部开采的岩体移动变形规律及特点,实际观测和理论分析均表明,深部开采工作面的覆岩破坏,具有整体移动变形均匀的特点;软岩地层深部铁矿开采引起的地表移动变形发展缓慢且周期较长。     

基于空间智体模型的岩体稳定性分析方法

采动岩体稳定性是解决矿山安全问题的关键所在,但是,由于岩体赋存于复杂的地质环境中,变形破坏特征是地质构造、地下水、采矿方法及环境等诸多不确定性因素共同作用的结果,表现为复杂的非线性动力学特性,故采用单一方法难以表征这种复杂系统特性,需要探求一种新的方法。在现有分析方法分析和总结的基础上,研究开采影响范围内的岩体在外界采矿工程环境变化时表现出的自适应系统行为,建立了基于空间智体的岩体稳定性分析模型,通过采动空间智体的内部属性特征、学习机制和外在行为涌现表征岩体的稳定状态及变形破坏规律,最后进行了实例验证。     

深部开采条件下矿区城市地基建设的数值模拟分析

应用矿山灾害力学及结构力学等相关理论,针对我国各矿区正转入深部开采的现实情况,对矿区城市中的楼体地基建设的稳定性进行了数值模拟研究,得到了不同采深、不同高度楼房建设条件下地基及地下岩体的应力、变形及沉降规律,并借助相似材料模拟实验进行验证。结果表明:深部开采条件下,矿区城市地基所受应力主要体现在底部连接处,地基中部发生的变形和沉降较大。开采深度越大地基所受影响反而较小,楼层越高地基变形越大。通过相似材料模拟实验分析实际采区开采后的地表变化,发现开采深度较浅情况下地表破坏明显严重,而深部开采时地表所受破坏情况较小,但当地表承重加强时会发生破坏。模拟和实验为矿区城市在深部开采条件下的地基建设提供参考。     

高速公路下伏采空区剩余沉降量FLAC3D计算方法

采空区剩余沉降量计算是确定采空区危害程度的一种定量方法,其可靠性、准确性和可操作性直接关系到采空区治理方案的选择与评价。根据采空区塌陷冒落带的力学特征,利用横波参数或瑞雷波参数与岩体静力学参数相类比,确定工程岩体参数评价指标。针对采空区冒落带当前特征,使用FLAC3D软件对高速公路下伏采空区剩余沉降量进行计算,并与当前几种采空区剩余沉降计算方法相比较,阐述其优越性。采空区治理后的实测数据表明:该计算方法准确可靠,可为高速公路下伏采空区剩余沉降定量计算提供一条新途径。