下伏复杂空区山体斜坡滑塌形成机理与数值模拟研究

以某金属矿山山体斜坡滑塌为研究背景,分析了矿山滑坡地质灾害产生过程及形成机理,并采用数值模拟方法模拟了山体斜坡潜在滑弧面与斜坡发生的位移。结果表明,山体斜坡滑塌主要由三个阶段构成:山体地表塌陷裂缝形成阶段、山体地表塌陷裂缝扩展阶段和山体斜坡滑塌阶段,并分析了每个阶段形成与发展机理; 岩层结构面产状对山体斜坡稳定性有重要影响,它加速了塌陷坑的扩展; 斜坡原始状态安全系数为1.23,大于许用安全系数,原始状态斜坡处于稳定状态,在井下矿体开采影响下,山体斜坡沿着潜在滑弧面形成上牵引式-下推移式复合形式的山体滑坡。数值模拟得到的潜在滑弧面与机理分析的滑弧面基本一致,验证了机理分析的准确性。滑坡体水平方向长度为243 m,垂直方向深度为128 m,斜坡坡脚处最大位移为4.0 m,整体斜坡滑塌基本沿着分析得到的潜在滑弧面发生滑坡。研究结果可为矿山地质灾害治理设计提供参考。     

露天转地下开采引起露天采场边坡垮塌数值模拟研究

以某金属矿山露天转地下开采引起露天采场边坡垮塌为研究背景, 采用三维数值模拟研究方法展现了矿体开采过程中围岩塑性区发展过程, 并分析了围岩塑性区分布的变化规律。结果表明: ① 空区上部岩层主要以拉伸破坏模式为主, 其他部位岩层主要以剪切破坏为主, 西部边坡坡面的一侧已经与地下采空区塑性区相互贯通。② 东部矿体采用充填法开采, 一定程度上控制了地表塌陷;产生塑性区的部位为西部边坡和靠近西部边坡的露天采场底部。③ 开采前期西部矿体在西部边坡坡面和露天采场底部产生的塑性区较多;开采后续水平矿体对地表塑性区的产生影响不大。④ 模拟矿体开采过程, 可将产生的塑性区划分为3个阶段, 有2个突变点: 第1个阶段对应西部边坡开始出现裂缝、局部垮塌滑坡;第2阶段对应边坡出现较大范围垮塌滑坡、露天采场底部出现裂缝、西部边坡脚出现塌陷孔洞;第3阶段塑性区占比逐渐增加。研究成果可为矿山滑坡治理和矿山安全生产提供参考。     

急倾斜矿体充填法开采的地表沉陷特性研究

建筑物下开采资源时,必须对开采引起的地表沉陷及其对建筑物的影响进行评价,确保建筑物的安全。针对赵平房铁矿矿体的急倾斜特性,结合空场嗣后充填采矿方法,运用有限元分析软件进行数值模拟分析,获得了矿体开采、充填后地表的移动变形规律,以地表倾斜、曲率和水平变形为评价指标,研究了地表的沉陷特性。数值模拟结果显示,两步骤开采引起的地表竖直方向最大位移为0.37 m,倾斜、曲率和水平变形最大值分别为0.794 mm/m、0.0096mm/m2、0.710 mm/m,其值均远低于我国建筑物的保护等级标准。结果表明,赵平房铁矿矿体的充填开采对地表建筑物沉降安全的影响不明显。     

地下采矿引起地表塌陷机理研究

根据赤峰红岭铅锌矿的地质资料,利用颗粒流程序PFC2D建立了红岭铅锌矿的二维离散元模型,模拟矿体的开挖过程;并通过分析开采过程中的应力和位移演化规律,揭示矿山地表塌陷区的形成机理。模拟结果表明:矿山地表发生塌陷的主要原因是矿区较大水平构造应力的释放,以及采空区未及时回填而使上盘形成悬臂结构;塌陷废石回填了部分采空区,并在一定程度上限制了围岩的水平变形;地表位移的缓慢变形阶段和加速变形阶段的拐点表示围岩塌陷的开始,可作为预测地表塌陷的指标。     

某金属矿地下开采地表沉降影响分析

针对某金属矿向深部开采过程中遇到的地表沉降问题，通过建立该矿山全生命周期内矿体数值模型，研究随开采深度的增加，地表沉降对建(构)筑物和上覆岩层稳定性的影响。采用Midas数值模拟方法模拟矿体逐步开挖后，对地表沉降变形进行分析。研究结果表明，当矿体开采到-800 m中段时，在地表形成了近似圆形的沉降盆地，地表建(构)筑物的最大地表沉降量为16.77 mm，最大水平位移为-7.33 mm，地表最大倾斜为-0.041 mm/m，最大曲率为0.036×10^-3 mm/m²，最大水平变形为-0.052 mm/m。地表沉降及变形值均不超过“三下”采矿规范限值，并且矿山采用充填采矿有效控制了井下采动对岩体的移动，地表及建(构)筑物不会出现明显的沉陷问题，对于该矿深部开采对地表沉降影响分析有一定的参考价值。     

海下充填开采岩层稳定性研究

三山岛金矿矿床赋存于海底,表层海水时刻威胁着采矿安全。为合理分析矿区充填开采的安全稳定性,建立了矿区岩层监测系统。对矿区各中段石门巷道顶板进行了周期位移记录,通过数据分析得到了监测期间的岩层变形规律。通过ANSYS模拟对比研究,分析了整个矿区真实开采过程中采场与围岩变形规律。研究表明,海底基岩层的地表倾斜率和水平变形率尚未超出极限值,说明目前海底基岩层尚未出现较大的损伤,海底开采使用充填法采矿是安全稳定的。为保证矿山开采过程中的长期稳定,建议先开采深部矿体,将中深部矿体作为隔离层,待矿山后期再进行开采活动。     

昭通铅锌矿采空区稳定性FLAC3D数值模拟研究

昭通铅锌矿古采空区达60多万m3,空区形态复杂.由于古采空区未得到处理且矿区民采泛滥,矿区主矿体I号矿带空区多次发生垮塌,并引发地表塌陷、山体开裂和井下采场垮塌等现象.采用FLAC如快速拉格朗日差分分析方法对采空区稳定性进行了数值模拟,数值模拟结果表明,采空区顶板发生向下位移,围岩位移剧烈,引起地表变形大;采空区顶板处出现明显的竖直应力集中和水平应立集中,采空区周围塑性区延伸至地表.     

条带开采矸石充填控制变形的数值模拟研究

针对煤矸石地表堆积对人类生存环境带来的威胁与危害,依据绿色开采中条带充填控制开采沉陷的思路,采用大型数值模拟软件FLAC,研究了条带开采矸石井下充填控制变形作用,对比分析了有充填和无充填条件下的煤柱垂直位移、水平位移以及地表下沉量,得出了一系列有价值的结论。结果表明,实施条带充填开采可减小煤柱变形,有效控制上覆岩层变形和地表下沉。     

急倾斜矿体不同开采时序对上覆岩体变形的影响

通过对露天转地下急倾斜矿体不同开采时序关系的数值模拟分析,得出从下至上顺序开采产生的位移量和破坏范围明显小于从上到下顺序开采,其中地表最大沉降与位移减小了20%以上。深部坡外区矿体开采产生的岩体移动方向与露天边坡滑移方向相反,减小了露天边坡滑移量,增大了山体滑坡的概率。因此,加强了矿山开采分区方案的优化设计。     

高应力区陡倾矿体开采引起岩移变形的数值模拟

采用数值模拟的方法,就金川二矿区高构造应力下充填开采引起的地表变形规律、围岩位移场展开研究。结果表明：构造应力下充填开采引起的地表变形的形态和范围、变形中心位置和量值均在发生有规律性的变化,矿体上盘的地表变形量明显大于矿体下盘的地表变形量;围岩变形形式由初期的顶板下沉和底臌变成后期的两帮内挤;上盘围岩的位移量大于下盘围岩位移量。研究结果对于研究构造应力下的陡倾矿体开采引起的地表及围岩变形规律有指导意义。     

高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程分析

为研究高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程,采用离散元数值模拟的方法,建立了高陡地形条件下煤层采动数值计算模型,从水平位移云图和纵向位移云图来分析煤层重复采动诱发岩质斜坡变形的渐进破坏过程。得出高陡山体下重复采动诱发坡体崩塌经历了3个阶段,即煤层初始变形阶段、重复采动导致坡体不均匀沉陷开裂阶段,坡体整体失稳垮塌阶段;同时得出坡体的不均匀变形引起整个坡体不同位置产生不同形式的破坏,坡表的最终失稳形式有滑坡和崩塌2种,主要由坡体的原始地形坡度和地层岩性决定。     

缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

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。     

露天转地下房柱法开采扰动下采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC3D数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究.结果表明,第三阶段矿体开挖后,...     

充填散体作用下采动岩移的预测及其应用

弓长岭铁矿东南采区上含铁带应用露天开采,下含铁带应用无底柱分段崩落法开采,因开采规划不合理导致上含铁带、下含铁带平行矿体高差约300 m,严重影响矿山安全生产.为保障该矿露天地下协同安全生产,提出利用上含铁带剥离的废石充填下含铁带塌陷坑.利用FLAC3D软件模拟下含铁带开采过程,并对比分析了有充填散体、无充填散体作用下...     

上行开采厚硬层间岩层移动变形数值模拟分析

煤矿采用上行开采方式时,层间岩层移动变形规律是决定上行开采可行性的关键因素。以同家梁煤矿为工程背景,研究上行开采厚硬层间岩层移动变形问题,结合煤层赋存条件、煤层开采情况及层间岩层物理力学性质和特征等相关因素,对8#煤层上行开采层间岩层的移动变形规律进行数值模拟分析。结果表明位于上行开采工作面后方岩层随工作面推进竖向位移变大,位于工作面前方岩层竖向位移先增大后减小;随岩层深度增加,岩层受上行开采工作面二次采动影响程度变小,岩层的竖向位移和塑性破坏区域范围减小。研究成果为判定上行开采可行性提供理论依据。     

矿山岩体采动影响与控制工程学及其应用

论述了矿山岩体采动影响与控制学的内容、特点、最新进展及其在煤炭工业与国民经济建设中的重要作用。矿山岩体采动影响与控制工程学的主要内容与特点是：研究对象所涉及的范围是从采场直至地表的整个采动岩体；不仅研究受采动岩体的应力、应变及其与原始状态的变化差异，而且研究采动岩体屈服后的大面积的大变形、大位移和大破坏；采动损害既具有不可逆性，又具有可逆性；采动岩体是可复用材料；采动影响的控制，不仅着眼于控制岩体的变形，而且着眼于控制受保护对象的变形．矿山岩体采动影响与控制工程学研究的新进展是：提出了岩体变形的空间分带论、地表变形的空间形态论、岩体和地表变形的地层结构论、岩体和地表变形的地层质量评价论。作者还提出了控制岩体采动影响的７种控制类型，即下沉、变形、水平移动、垂直变形、顶板破坏高度、底板破坏深度及集中应力强度。研究岩体采动影响与控制的意义在于：矿产资源开发及其充分利用；矿区地下和地面的环境保护；矿区水资源保护；矿区山体稳定与安全；矿区采动沉陷地的利用；矿区采掘安全与煤（矿）柱设计；矿山开采损害预测与治理规划。