地下复杂采空区引起地表塌陷渐进发展过程数值模拟研究

为了得到查干敖包铁锌矿塌陷区渐进发展情况,以现场调查为基础,建立含地下采空区、塌陷坑三维数值分析模型,模拟矿体开采情况,得到了塌陷区位移与塑性区分布情况。研究结果表明: 塌陷坑东西南三侧形成了陡立的岩体临空面,主要以倾倒形式破坏垮塌,不断向岩体临空面后侧发展; 塌陷坑北侧目前已形成了滑坡,主要以弧形滑坡形式向后侧发展; 随着地下矿体的开采,塌陷区逐渐扩大,主要发展方向为西及北西向,上盘岩体会逐渐垮塌崩落; 以塌陷区现状为基础,当井下矿体开采完毕后,上盘岩体垮塌崩落范围预测为长轴412 m、短轴312 m的椭圆形; 现有塌陷区岩体以及上盘岩体均有塑性区分布,现有塌陷坑会进一步垮塌崩落,且发展方向为上盘塑性区分布的方向。通过数值模拟分析得到的塌陷区发展方向与通过现场调查分析的结论一致。研究结果可为塌陷区治理设计提供参考。     

采空区形态对地表塌陷分布影响研究

为研究采空区形态对地表塌陷分布的影响,采用FLAC3D数值分析方法,对4种不同形态尺寸采空区条件下的地表变形、岩移规律进行了数值模拟,分析了隐伏采空区形态对地表塌陷的影响程度和规模;应用形态分析方法中的似圆率、不规则指数、等积圆半径等指标,对地表塌陷形态进行了量化分析。研究表明,无论采空区的形状是否为圆形,地表塌陷形态均为圆形或趋于圆形;覆岩高度越大,似圆率越小,地表塌陷形状越趋于圆形。这与实际地表塌陷现象相吻合。研究成果可为工程地表征地、地表塌陷地质灾害防患提供指导。     

采矿引起地表塌陷过程中的地应力转移演化规律研究

为了研究采矿引起地表塌陷过程中的地应力转移演化规律,以某金属矿山地下开采引起山体塌陷为研究背景,采用数值模拟建立含地下矿体、不同岩性的围岩、山体地表等实体模型。模拟了井下矿体的开采过程,模拟了矿体、围岩中的“转移-重分布”演化过程。研究表明：1）地表主应力主要沿着F15断层分布,数值模拟出的结果与矿山实际情况相符合,能够说明数值模拟的结果是可靠的。2）数值模拟得到的矿区中最大拉应力为0.79 MPa,最大压应力为6～8 MPa。3）井下白云岩基本不会发生拉压破坏,而破碎岩、砂岩及含矿白云岩岩体很可能发生拉压破坏,尤其破碎岩很容易发生破坏。4）浅层的围岩体以承受拉应力为主,尤其在断层F15附近的岩体,以受拉应力破坏为主。经过开挖之后在空区附近的应力变大,受岩性条件影响,在岩层交接部位、应力的扰动状态较大。地下开采矿体会导致应力转移到空区附近矿岩体中,整个模型中在空区附近产生应力集中现象,以拉应力为主。研究成果可为矿山设计与安全生产提供参考。     

基于GIS技术的煤矿采空区地表塌陷危险性评判

依据野外调查,文章分析了青岛—兰州高速公路邯郸至涉县段线路所经过的北八特采空区地表塌陷特征和影响因素,确定了采空区地面塌陷危险性的评价指标和隶属度,进而通过专家权法对评价指标进行赋值,运用GIS的叠加、空间分析等功能,从地表沉陷和空洞两方面综合评判了北八特采家区地表塌陷危险性。评判结果表明,地面塌陷危险区主要分布在K123 450~K123 700、K123 825~K124 150、K124 750~K124 950段,采空区对拟建高速危害大,必须对此段进行采空区处理。     

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。     

仪高差测距法在采空区塌陷预报中的应用

在山区地形人员不能进入监测区的情况下，提出了仪高差测距监测方法。该方法简便可靠２，已经以地表沉降观测中得到应用。提高仪高差测距法精度的措施是使用高精度测量仪器、精确测量仪器高差，用计算机处理数据和尽可能地加大二测回之间的高差。     

塌陷采空区的数值模拟及属性解释

老窑塌陷采空区严重威胁着大型矿井的生产与安全,探测出塌陷采空区已成为当前三维地震的一项重要研究课题。根据采空区的实际赋存形态建立了地质模型,并采用射线追踪理论进行数值模拟,在时间剖面上较系统地分析了塌陷采空区的形态特征,并分析了反射波的频谱特征。结合一些典型的工程实例,总结出塌陷采空区在地震资料上的地震响应特征以及地震属性特征,对煤矿安全生产具有指导意义。     

注浆法在治理煤矿采空区塌陷工程中的应用

介绍了浅孔高压注浆法封堵充填采空区塌陷引起的地表沉降，对处理相应的地质灾害具有一定的参考和借鉴作用。     

铁矿采空区冒落塌陷规律研究

以沙午铁路武安段铁矿采空区为研究对象,通过对伴生地裂缝随塌陷逐步扩展的观测研究,总结得出数学模型,在此基础上预测出塌陷稳定时间及冒落高度,进一步研究了铁矿采空区冒落塌陷规律。预测的结果与同岩性条件下经验统计结果基本一致,说明通过对伴生地裂缝的观测研究来预测铁矿采空区冒落塌陷规律是切实可行的。     

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。     

荷载作用下采空区附加沉降的相似材料模拟研究

通过相似材料模拟实验,研究了不同煤层倾角的采空区在地表新增荷载后,地表和采空区上覆岩层内附加沉降的变化规律。研究表明：地表加载点与采空区的相对位置不同时,加载后地表的附加沉降量有明显不同,靠近采空区边界处的残余沉降量大,倾斜变形大;老采空区的附加沉降近似地随着荷载的增加线性增加,且采空区的附加沉降一般不超过地表最大下沉值的1/3,与采厚的比值小于5%;在相同的荷载作用下,倾斜煤层采空区的附加沉降比水平煤层大,且最大附加沉降值偏向下山方向;采空区上覆岩层下沉值随着岩层距地表深度的增加线性地减小;松散层的再次压实和冒落裂隙带的残余沉降是采空区附加沉降的主要影响因素。     

地下开采引起地表沉陷的数值模拟

地下开采引起的岩层移动和地表沉陷是一个非常严重的地下工程问题。为实现矿山的安全开采，必须对地下开采引起的上覆岩层的移动规律及其对地表移动的影响进行研究。文中以石人沟铁矿为研究对象，运用FLAC软件，采用数值模拟的方法，对石人沟铁矿地表沉陷数学模型的开采过程进行分步开挖模拟，并总结出了地下开采引起的上覆岩层和地表的移动规律，给出了不同开采阶段的地表动态移动曲线。     

基于PSInSAR技术的老采空区地表沉陷监测与分析

地面沉降是矿区采空区主要地质灾害之一,利用PS-InSAR技术对覆盖广西平南锡基坑铅锌矿的21景Sentinel-1数据进行处理,绘制出地表沉降量分布云图、等值线剖面、观测点沉降速率变化曲线。与传统方法相比,PS-InSAR技术大大提高了地表沉降研究的直观性、整体性及预测性。通过数值模拟技术对PS-InSAR技术获得的监测结果进行验证,结果显示:运用PS-InSAR技术获得的采空区沉降区域与数值模拟计算所得的薄弱区域基本一致;运用PS-InSAR技术获得的采空区沉降数据可以为地表沉陷防治、沉降规律总结及采空区治理提供支持。     

程潮铁矿深部矿体联合开采地表沉降规律研究

程潮铁矿选厂位于该铁矿深部矿体之上,采用2种采矿方法联合开采-430~-500 m阶段矿体时会引起选厂区域地表沉降。应用数值分析相关理论,建立采矿模型,采用FLAC3D有限差分法软件对开挖进行数值模拟,根据模拟结果分析地表沉降规律,从而预测是否要搬迁地表选厂,并根据不同情况提出相应的预防措施。结果反映地表选厂区域受地下开采沉降较大,影响选厂正常生产及选矿车间构建筑物的安全,且选场区域沉降与开采深部矿体间水平距离呈现一般规律,因此建议搬迁选厂。     

膏体充填工作面顶板及地表沉陷过程数值模拟

为了掌握膏体充填工作面上覆岩层的移动规律及地表沉陷情况,对比与垮落法的不同,基于充填采矿对未来煤矿开采的重要性,文章以某矿村庄下膏体充填开采研究为背景,采用FLAC软件进行数值模拟.模拟分步开挖、分步充填、膏体强度逐步增强的开采、充填过程,与实际作业过程一致.得出了开采过程中工作面顶板与地表的动态下沉和沉陷控制效果曲线图,并与垮落法对比,总结出充填工作面顶板和地表的沉陷规律.研究结果表明:膏体充填工作面最大下沉系数仅为0.11,膏体充填能有效控制上覆岩层移动,显著降低地表沉陷;充填早期顶板下沉量占最终下沉量的大部分,缩短顶板暴露时间及膏体凝固时间、加强膏体凝固前的顶板支护、提高充填作业质量是控制地表下沉的关键.     

地表塌陷区膏体回填控制颗粒流数值模拟

以某矿地表塌陷区为工程背景,并基于颗粒流法和PFC^2D程序,对塌陷区进行多种回填工艺模拟,得出在不同回填工艺下回填处置体的运移规律,可有效地对回填工艺进行优化与选择。研究结果表明：在塌陷坑底部矿石开采过程中,全部胶结回填方案中回填处置体沉陷位移量最小,沉陷情况控制效果最好,分层回填方案效果次之,全部非胶结回填方案效果最差;利用膏体回填地表塌陷区,可使处置体与周围岩体形成应力拱结构传递应力,对地表塌陷区的稳定性起到较好的控制作用;完全非胶结回填方案的离层因子最小,为0.12%,处置体颗粒与塌陷坑底部接触效果最好;完全胶结回填方案的离层因子最大,达到0.18%,接触效果最差;其余3种方案的离层因子值相近,分别为0.15%、0.16%、0.148%,接触效果位于前两者之间。     

矿体倾角对地表沉降的影响研究

利用非线性有限差分数值模拟的方法,计算了9种矿体倾角不同的工况,研究了矿体倾角对地表沉降的影响。数值模拟的结果表明：矿体的倾角对地表沉降的影响很大,矿体的倾角直接影响地表的沉降中心、沉降曲线的形式和沉降量值的大小。