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。     

弓长岭露天铁矿浅层采空区稳定性数值模拟

由于历史原因,弓长岭露天铁矿周边地方小矿点不规范乱采乱挖,导致在独木采区形成了大量的浅层采空区,迫于生产需求,需要对独木采区小北沟空区进行爆破处理。为了保障牙轮钻设备及人员安全,需要对空区的稳定性进行评价。考虑到弓长岭露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,运用FLAC3D数值计算,开展了小北沟空区静力学计算和空区上方承载牙轮钻机的计算分析。研究表明：采空区形成后,在顶板处产生的最大压应力值为2 MPa,在顶板处产生的最大拉应力值为0.25 MPa,产生的压应力和拉应力均不是很大;地表12个监测点显示,地表最大垂直位移值不超过10 mm;在地表危险区域1施加牙轮钻机等效载荷,产生最大的垂直位移约为0.56 mm,在地表危险区域2施加牙轮钻机等效载荷,产生最大的垂直位移约为0.48 mm,牙轮钻机不会对地表沉降产生明显影响。     

河床下伏采空区岩移规律及治理方案研究

将有限元数值计算应用于西石门铁矿河床下伏采空区地表沉降规律的研究。对比钻孔资料可以认为,该方法能有效预测矿体采动引起的地表沉陷范围和发展趋势。在预测分析的基础上,从采空区充填、浅部裂隙注浆和表层封闭3个层次治理河床及下伏采空区,并通过数值计算验证了整理方案的有效性。     

已关闭矿井老采空区稳定性评价方案研究

为分析某已关闭矿井的老采空区稳定性,通过对矿山空区现状的详细调查,明确空区状态特征,采用定性分析和数值模拟方法进行评价。结果表明：-250 m中段以上空区形成已有20余年,覆岩厚大、完整性好、强度高且地表无开裂下沉,综合判断其处于稳定状态;-250 m以下中段采空区形成后,出现局部区域的应力集中,最大拉应力约1.5Mpa,未超过岩层的抗拉强度;最大竖直位移出现在顶板位置,整体位移变形较小,下沉和底鼓现象不明显;地表覆土后,采空区应力和位移几乎无变化;综合分析,井下老空区可以保持稳定。研究成果以期为老采空区稳定性的分析提供技术路线。     

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。     

佛子冲矿采空区群模糊聚类分级及综合治理

为对佛子冲矿104#矿体采空区群进行稳定性分级及综合处理研究,在前期空区探测的基础上,基于三维数值计算软件ANSYS与FLAC^3D耦合,对采空区的稳定性进行模拟分析,选取空区顶板暴露面积及数值计算得到的采空区顶板最大主应力、最小主应力、最大位移4个因素,运用模糊聚类理论对空区进行聚类,实现采空区稳定性4分类。针对4采空区分别提出加强监测管理、加强支护、部分充填和全部充填等处治措施,以保障佛子冲矿生产安全,节约空区处理成本。     

书记沟铁矿地下开采岩层移动界线的圈定

书记沟铁矿地下开采导致地表沉陷垮塌,沉陷坑影响范围可能波及周边村庄,设计采用工程类比法确定岩层移动角,通过现场实地调查运用数值模拟软件对该矿地下开采过程进行模拟分析研究,最终确定出岩层移动角为：斜长角闪岩上盘62.5°,下盘62°,走向65°,第三系、第四系移动角取45°。     

佛子矿104号矿体复杂多层采空区处理技术研究

佛子矿104号矿体经过多年浅孔留矿法开采,在矿体上部遗留了大量的采空区及矿柱;由于前期的无序处理,形成了复杂的空区赋存现状,对下部矿体的安全开采带来了严重威胁。为了科学地制定空区处理措施并回收矿柱,通过数值计算结合理论公式法对104矿柱稳定性进行对比分析,确定了各空区残留矿柱的安全系数;结合矿山现有技术条件,在综合考虑采空区安全处理及矿柱有效回采的基础上,提出了崩落充填相结合的处理方案;采用FLAC3D软件对拟定方案进行了数值模拟分析。计算结果表明：崩落充填相结合的处理方案通过强制崩落法与充填法相结合,使上部应力集中区围岩得到充分移动垮落,下部空区得到充实,达到崩柱放顶卸压、控制岩移的目的,能有效地消除空区隐患并回收矿柱,为矿山安全、经济、合理地处理采空区提供了指导。     

地下开采引起的地面沉降对铁路安全的影响性分析

采用常规的圈定地下开采岩石移动界线和FLAC数值模拟两种方法,分析了小王庄铁矿地下开采对大秦铁路的影响,得出了小王庄铁矿地下开采引起的地面沉降对大秦铁路的影响甚微的结论,为小王庄铁矿后续生产提供了有力的科学依据。     

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。