程潮铁矿深部开采塌陷坑移动规律研究

程潮铁矿进入围岩性质复杂多变的深部开采环境,塌陷坑移动变化规律与浅部不尽相同,以致无法准确预测周边地表重要建筑物的稳定性。为保证新副井和塌陷区周边地表重要构筑物安全,基于室内相似模拟试验和数值模拟方法,对-500 m以下深部开采塌陷坑移动规律进行了研究,分析了塌陷坑移动角和远近地表围岩随开采深度的变化规律。研究表明：①-500 m以下矿体崩落开采造成的地表塌陷变形逐步往上盘转移,上盘移动角呈现增大趋势,地表移动范围未超出初期设计值;②开采初期下盘所受影响较大,随着开采推进,影响逐步减弱;③整个开采阶段,远近地表区域围岩应变表现出不同的变化规律;④至开采结束,地表新副井区域倾斜值达到0.017 mm/m,超出临界影响标准值,表明开采会对新副井带来一定程度的影响。依据不同开采阶段对新副井的影响程度,提出了新副井稳定性控制措施,研究结果对于程潮铁矿深部安全开采工程有一定的指导意义。     

基于功效系数法的地表变形破坏预警研究

近年来，程潮铁矿开采活动已造成大面积地表变形破坏，为保障矿区人员生命及财产安全，需对地表变形破坏及时进行预警。为此，选取原岩应力、有效矿体厚度、覆盖层特性、采场顶板稳固性、地下水软化性、主要影响范围角和区域断层不稳定性等7个影响因子作为评价指标，采用改进熵权法计算各评价指标权重系数，并结合功效系数法建立深部开采地表变形破坏预警分析模型。以程潮铁矿发生的4次典型地表变形破坏灾害为例，对预警模型进行验证，预警结果与实际情况相符。结果表明：基于功效系数法的地表变形破坏预警模型具有较高的可行性与科学性，可为矿区地表变形破坏预警工作提供一定的指导。     

基于极限平衡理论的上盘移动角预测研究

程潮矿区自建矿以来 60 余 a,均采用无底柱分段崩落法开采。随着开采活动由浅至深,矿区地表已出 现大面积塌陷。由于开采工作面不断向西区转移,上盘移动角也随之发生了改变,导致地表沉降范围扩大,部分重 要构、建筑物将不再处于安全范围。基于此,利用极限平衡理论构建上盘移动角预测模型,并通过数值模拟的方法 对其结果进行验证。结果表明：通过上盘移动角预测模型计算得到上盘移动角约为 56°,数值模拟方法得到上盘移 动角约为 58°;2 种方法得到的结果在误差允许范围内,该预测模型可以有效预测上盘移动角;同时,当开采至-600 m 水平时,上盘部分地表重要构建筑物可能存在安全隐患,建议采取相应措施。     

基于三轴试验与数值模拟的大理岩破坏特征研究

为了研究深部围岩在不同围压下的力学性质与破坏特征, 对不同围压下大理岩开展了三轴压缩试验; 利用RFPA^2D数值模拟软件对大理岩开展了不同围压下应力-应变特征、强度与声发射特征等研究。结果表明, 岩样峰值应力与围压有关, 随着围压增大, 岩样逐渐由脆性破坏转为延性破坏; 岩石弹性模量随着围压增大表现出非线性增大规律; 数值模拟结果也表明, 岩样声发射现象在单轴压缩时反应强烈, 伴随围压增大, 岩样声发射特征参数逐渐趋于稳定, 围压对岩石横向应变有明显束缚作用, 降低了岩石能量释放与破坏程度。RFPA^2D数值模拟可呈现大理岩试样在不同围压下裂纹萌生、发育、汇合至试样破坏的全过程, 其模拟结果与室内试验结果吻合度较高, 验证了结论的可靠性, 可为矿山深部开采提供理论依据和现实指导。