急倾斜矿体分步充填开采对地表沉陷的影响

为了研究金川镍矿急倾斜矿体利用充填法开采出现的地面沉陷问题,基于三矿区多期地表岩移GPS监测数据,阐明了F17以东地下开采引起地表岩体移动的总体显现特征,在此基础上,分析了出矿量和地表沉陷盆地体积之间的关系,运用ADINA软件,对不同充填开采条件下围岩应力场、位移场变化特征进行了探讨.研究结果表明:三矿区地表沉陷盆地正在形成,其几何形态明显受到控矿断层的控制;当矿体几何形态和采矿方式较稳定时,地表沉陷盆地体积(T)和矿山出矿量(Q)在一定时段内具有一定的相关关系;影响地表沉陷的主要因素是从开采进路形成至充填阶段的围岩收敛变形和间柱的采断;多进路开采较单进路开采条件下的地表沉陷量大.     

基于“采-充-留”技术的岩层控制效果和机理研究

为进一步研究"采-充-留"协调开采对岩层破坏的控制作用,以开滦某矿中厚倾斜煤层9煤和12煤为研究对象,基于相似材料模型试验,针对协调式跳采全采技术和"采-充-留"协调开采技术对地表的移动变形和覆岩控制效果和机理进行了研究。结果表明,9煤采用协调式跳采全采技术开采,地表下沉系数为0.64。在9煤开采的基础上,采用"采-充-留"协调式开采技术回采12煤,地表下沉系数仅为0.16。全采后岩层裂缝带法向发育高度是采厚的32.1倍,而"采-充-留"协调开采后岩层裂缝带法向高度是采厚的6.3倍,说明了充填体与煤柱形成的联合支撑体能够有效地抑制上覆岩层的垮落,阻隔了两侧采空区的联通,对上覆岩层移动起到良好的控制作用,达到了减小地表移动变形和岩层破坏的目的。     

甲玛多金属矿露井联采条件下露天边坡稳定性评价

为了研究甲玛多金属矿在露井联采工况下,地下开采对露天矿边坡稳定性的影响,采用数值模拟方法,结合该矿山工程地质条件及采矿方法,建立大型三维地质模型进行计算分析。结果表明,大规模地下充填开采后,顶板覆岩发生一定程度的下沉,在矿体回采及充填过程中,对于覆岩的支撑作用主要靠盘区柱及盘区周边的围岩实现。地下矿体回采结束后,角岩露天坑的西边帮区域变形相对剧烈,但该区域变形量较小。因此,大规模地下充填开采对于露天边坡稳定性的影响甚微。     

地下采矿引起山体滑坡发展过程数值模拟研究

为了研究地下采矿引起山体滑坡发展过程,以某金属矿山地下开采引起的山体滑坡为研究背景,模拟了井下矿体的开采过程,重现了山体变形滑坡,并由数值模拟结果预测了今后山体滑坡发展过程。结果表明: 竖直方向和水平方向位移表明山体目前处于滑坡阶段,与矿山现场实际情况相符,验证了数值模拟结果的可靠性; 随着矿体开采水平向深部发展,竖直方向位移逐渐增大,在整个地表竖直方向位移发展过程中存在3个突变点; 地表产生滑坡至地表塌陷过程有4个发展阶段,分别为岩层变形初期、地表出现滑坡、地表出现陷落孔洞和地表塌陷; 采用充填体材料对开采后的采空区进行充填后,能有效控制上覆岩层变形,预防了岩层变形,进一步控制了地表滑坡的形成与发展。研究成果可为矿山安全生产提供参考。     

地下开采覆岩变形破坏规律研究综述

地下开采必然造成覆岩的变形破坏,掌握开采后覆岩变形破坏规律将对矿井水防治,瓦斯运移规律,保护层开采,瓦斯抽采,以及地表移动变形控制等具有重要的指导意义。文章对国内外的覆岩变形破坏经典理论进行了介绍,充分阐述了各个理论对覆岩变形破坏规律研究的促进作用。总结了我国对垮落法开采和充填开采覆岩变形破坏规律的研究现状,并对具有代表性和突出贡献的成果进行了详细的说明。可以得出,我国对垮落法开采覆岩变形破坏规律的研究已经相对完善,在国际上也处于领先水平,而对充填开采覆岩变形破坏规律的研究相对滞后,仍然有很多关键技术和工作值得去深入研究。     

“采-充-留”协调开采技术原理与应用

我国岩层移动控制主要采用条带开采、充填开采和协调开采方法。针对条带开采采出率较低、全采全充成本较高的问题,提出了一种"采-充-留"相结合的部分开采、部分充填、部分煤柱的协调开采方法,给出了留设煤柱、充填开采工作面、垮落法开采工作面的布置方式和采充留尺寸确定原则,分析了由充填体与小煤柱所构建的联合支撑体的作用原理和形成非充分开采的岩层移动控制实质。通过模型试验验证了该方法对地表下沉的良好控制作用,揭示了其控制覆岩及地表移动的机理。采用"采-充-留"协调开采技术,对某矿村庄下采煤试验区进行了方案设计,地表移动变形预测表明,该技术具有良好的减沉效果,建(构)筑物的损害等级可得到有效控制。该技术为提高滞压资源采出率、降低充填成本、减缓地表损害,提供了新的手段。     

柿竹园多金属矿露天-地下协同开采安全稳定性分析

为研究柿竹园多金属矿露天-地下同时开采的相互影响，根据矿山的实际生产情况，构建了矿山的地表模型、露天坑最终境界模型、矿体模型、塌陷区及采空区模型。为尽可能真实地反映矿山开采及覆岩的变形特征，按不同的回采高度和回采区域将矿山整体开采顺序从上到下划分为6个阶段。其中，第1至第5阶段为露天-地下联合开采，露天开采东、北部684 m以上以及西、南部612 m以上的矿体，与此同时，地下采用分段凿岩阶段空场法开采东部407～610 m、北部470～536 m的矿体，以无底柱分段崩落法回采西部530～610 m的矿体以及中部490 m以上的矿体；第6阶段为地下开采结束全部转为露天开采。通过数值模型得出了露天-地下协同开采期间，各开采阶段地表和采场产生的最大位移量、采场顶板产生的最大拉应力值以及最大压应力的位置和大小；并对露天开采时，井下采场、采空区顶板、边坡的位移和应力进行了监测和分析。结果表明，露天-地下协同开采期间，露天开采区形成的露天边坡和平台未出现明显的应力集中现象，露天边坡产生的位移、拉应力和剪应力值均较小，矿山露天及地下开采对最终边坡稳定性造成的影响较小，开采造成的位移和应力集中程度不会...     

大采高长工作面地表移动变形规律研究

为研究大采高长工作面地表移动变形规律,采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法分析大采高工作面长度变化时对地表移动变形规律的影响,得到大采高工作面覆岩压力平衡拱达到极限状态而发生失稳破坏的临界条件和地表移动变形特征参数。研究结果表明：随着工作面长度的加大,在工作面倾向方向上由于覆岩离层导致冒落带高度范围、地表移动变形量、开采影响范围逐渐扩大,地表最大下沉量和最大水平移动量与工作面开采长度呈线性关系。     

马城矿多中段叠加开采对上覆岩体移动与变形的影响

地下矿产开采过程中诱发的上部岩体移动将严重影响生产安全,主要原因是大规模的地下开采引起围岩移动,破坏了围岩原有的力学平衡状态,造成应力重分布,岩石移动逐渐波及到地表,引起了地表变形。为了研究多中段叠加开采对上覆岩体移动与变形的影响,以马城矿工程为例,运用MIDAS,FLAC3D等数值模拟方法模拟不同开采中段条件下地表移动与变形特点,得出各阶段沉降与水平位移值,计算相应变形值,简要介绍了地下开采引起的地表移动变形5项指标对地表建筑物的影响。研究表明:最终地表移动变形是多次重复开采扰动的叠加作用,并根据国家标准界定出移动角,从而为同类矿山的开采设计提供了科学依据。     

条带充填开采覆岩承载结构及地表变形研究

针对条带充填开采上覆岩层承载结构及地表的变形规律,通过FLAC~(3D)数值模拟及现场实测进行了相应研究。结果表明:单一条带充填体不能够形成承载结构,覆岩的塑性体承载结构为相邻充填体相互作用而形成的,承载体间隔步距变化特征与覆岩中关键层有关;完全采动影响下,条带充填开采与未充填相比地表位移减小了65%,覆岩最大位移减小了35%,条带充填开采最大地表下沉量仅为未充填开采地表最大下沉量的26.8%;实测结果与数值模拟结果相近,条带充填能够有效的控制地表变形,地面变形等级为Ⅰ级别。     

大规模开采上覆贫矿体岩移规律

针对甲玛铜矿大规模开采上覆贫矿体岩移规律及其控制技术开展研究。通过数值分析,研究得到采场开采及充填后上覆岩层位移及应力分布;通过开展相似模型实验研究,得到大规模盘区开采及充填后上覆岩体位移及变形规律。研究结果表明,数值模拟与相似模型试验结果具有较好的一致性;大直径束孔高分段空场嗣后充填法开采上覆贫矿体的岩移及应力变化受到近域的采场盘区开采的影响较为显著;地下采矿活动引起的地表变形影响较小。     

不同倾角矿体地下开采采场覆岩破坏失稳研究

地下采场围岩及覆岩稳定性是影响矿山安全生产的主要因素之一。为探索地下开采过程中不同倾角矿体采场覆岩的破坏失稳特征,采用PFC2D软件建立倾角20°和50°矿体模型,模拟分析开采过程中采场覆岩的内部应力变化和裂隙扩展规律,并与相似模型进行对比,结果表明:(1)两种矿体模型在分步开挖过程中,开采空间较小时,覆岩均会经历卸荷-回升-波动-稳定4个阶段,但倾角越小,离采场相同距离覆岩处内部应力稳定时间越长,越容易发生二次卸荷;(2)开采空间较小时,对应顶板围岩和邻近覆岩产生少量微裂隙,且裂隙扩展呈拱形,有贯通采场上端和下端的趋势。多步回采之后,各采场围岩及覆岩之间的裂隙相互贯通,并逐步向地表扩展,并导致采场失稳;(3)矿体模型倾角越小,覆岩受拉区域越大,受拉作用也更明显,导致更多裂隙的产生,裂隙的扩展速率越快,贯通也越快,倾角20°模型开采对围岩及覆岩的稳定性影响更大。该研究结果可为地下开采过程中矿山开采地压控制、采场失稳和采空区塌陷等技术难题提供理论参考。     

充填开采上覆岩体内部预计参数研究

为了准确预计风井井筒的采动变形,需要获得矿区充填开采岩体内部概率积分法的预计参数。采用数值模拟的研究方法,对充填开采引起的岩体内部移动进行了观测,获得了变形预计参数的变化规律。研究结果表明:充填开采的地表下沉系数、水平移动系数比垮落法开采分别增大了0.62%、10.03%,主要影响角正切值减小了33.86%;充填开采的岩体内部下沉系数随覆岩高度的减小而增大;水平移动系数随覆岩高度的减小呈现先减小后增大的趋势;主要影响角正切值随覆岩高度的减小而减小。充填法与垮落法开采的地表变形预计参数并不相同,岩体内部下沉系数的变化幅度受岩层的岩性和层位影响较大,主要影响角正切值的变化幅度受岩层岩性和层位影响较小。     

某金属矿山充填法开采下覆岩塌陷失稳机理研究

矿山充填法开采过程中,采空区充填体与围岩、地表之间存在复杂的力学关系,在某些条件下,充填体无法承载上覆岩体,仍存在塌陷失稳的可能.以某金属矿山充填法开采下的覆岩塌陷失稳事故为研究背景,首先利用地表GPS岩移监测数据定量分析了事故发生前后的地表变形情况,总结充填体上覆岩体塌陷失稳特征及成因.然后引用断层活化及悬臂梁理论,分析充填法开采下的覆岩塌陷失稳机理.最后,利用数值模拟软件构建模型模拟分析,得到充填采矿法下覆岩位移场及应力场变化规律,验证了该金属矿山充填法开采覆岩塌陷失稳机理的合理性.     

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。     

近地表矿体地下组合式连续开采技术研究

为探索近地表矿体地下开采技术,实现矿体的快速、高效开采,以乌兰矿近地表矿体为研究对象,分析了不同开采方式对矿山生产的影响,根据境外投资矿山开采技术条件,优化选取合理的开采顺序并对上部区域开采方法进行优化分析,进一步减少矿柱留设的矿量。研究表明,采用传统的自上而下或自下而上的开采顺序,不能够完全满足境外投资矿山开采的生产需求,需要对两种开采顺序进一步优化组合,达到快速投产、环境保护等目的。采用两种开采顺序相结合、开采区域间留设水平矿柱的开采顺序,能够满足矿山快速投产及资金回笼的要求;组合连续开采技术充分利用两种开采顺序的优势,适用于近地表矿体的地下开采,可缩短建矿周期、提高矿体回采率。     

粉煤灰基胶结材料充填开采数值模拟研究

为了防控采空区覆岩地表移动,解放"三下"压煤,文章采用数值模拟的方法对通化八宝煤矿粉煤灰基胶结材料充填开采后的覆岩进行研究,得出采场覆岩塑性区发育高度低,充填体以上2.5 m处应力最大值与原岩应力相差不大及平面位移无明显变化的结论。结合地表下沉监测结果说明粉煤灰基胶结充填材料充填采煤后能实现顶板无破断,地表微沉陷的效果。     

板庙子金矿急倾斜薄矿脉深部充填采矿诱发地表沉降影响范围分析

根据板庙子金矿深部急倾斜薄矿脉不连续矿体分布特征,运用3Dmine软件建立矿体实体模型,并应用FLAC3D软件模拟板庙子金矿区范围内22条不连续矿体开采过程,在数值模型中确定位移特征监测点,与矿山地表岩体移动监测数据进行对比分析,确定板庙子金矿深部井下采动对地表沉降影响范围。研究结果表明:对于深部急倾斜薄矿脉不连续矿体,采用上向水平干式充填开采诱发岩体移动及其地表沉降总位移小于3mm,与地表观测结果相一致,该研究结果为类似矿山深部矿体开采移动带圈定提供借鉴意义。     

地表移动区内建、构筑物稳定性模拟分析

为明确中关铁矿深部矿体开采后地表移动区内建（构）筑物的安全性，尝试利用大型通用有限元分析软件ANSYS对胶结充填体作用下地表的开采沉陷规律进行了模拟，结果表明，厚矿体移动区外，薄矿体移动区内的建（构）筑物是安全的；初步揭示了全尾砂（胶结）充填后地表的沉陷规律，指出充填体能有效控制覆岩的变形，地表的变形很微弱，未出现明显的移动盆地。     

山区沟谷地形采动覆岩移动变形数值模拟

针对山区沟谷地形条件下的开采沉陷问题,以山西宏盛煤矿为工程背景,采用UDEC数值模拟软件建立了沟谷地形条件下采动过程中覆岩与地表移动变形数值模型,重点分析了采动过程中覆岩与地表的力学损伤状态及位移变化.研究表明:采动程度对覆岩与地表的损伤状态具有重要影响,即采动程度越大,处于塑性破坏区的覆岩范围越大;沟谷地形地面坡度产生的附加水平移动对冲是形成谷底地表隆起的主要原因.