官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

深部开采水平应力场与地表远区移动分析

 官庄铁矿是我国东部地下矿之一,埋深500～1 000 m,采用无底柱分段崩落法回采。通过应力测量得知,矿区最大水平应力为垂直应力的1.14倍。针对北采区510～550 m水平开采引起的远区水平移动问题,在大量实测资料分析基础上,采用数值方法和随机介质理论对水平移动进行预测,同时对实测水平移动进行分析。通过分析发现,距当前采区边界500 m处的水平移动达到50 mm,而此处并未观测到垂直移动。分析结果表明,由于存在较高的水平应力,导致水平移动较大,而这种现象就是由于官庄铁矿区砂岩和泥岩地层中所存在的高水平应力场引起的。     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题,利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析,并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响;对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明,弹性模量对地表下沉影响较大,而其他参数影响较小。结果表明,弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

深部开采地表沉陷规律研究分析

结合实例,通过对煤矿深部开采地表下沉与采动程度关系的分析,揭示了开采深部单一工作面下地表变形特征和深部开采较大采区的地表变形特征,最后得到了深部开采较大的地表变形规律。     

鲁中矿区地下开采对竖井井塔楼的影响分析

针对鲁中矿区软岩地层地下开采引起岩体移动变形及竖井井塔楼倾斜变形的工程实际情况，将该矿区深埋金属矿体开采引起的岩体移动变形这一客观现象视为一随机事件，建立了开采岩体移动分析数学模型，并利用该模型对开采引起采区岩体移动变形及竖井井塔楼所处地表移动变形进行了具体计算分析。分析结果表明，理论预测值和工程实际观测结果吻合很好；在软岩地层条件下，矿体开采地表移动变形的影响范围有随着采深的增加而逐渐增大的趋势。这些结果可用于矿山竖井及井塔楼的安全评价。     

深部开采条件下矿区城市地基建设的数值模拟分析

应用矿山灾害力学及结构力学等相关理论,针对我国各矿区正转入深部开采的现实情况,对矿区城市中的楼体地基建设的稳定性进行了数值模拟研究,得到了不同采深、不同高度楼房建设条件下地基及地下岩体的应力、变形及沉降规律,并借助相似材料模拟实验进行验证。结果表明:深部开采条件下,矿区城市地基所受应力主要体现在底部连接处,地基中部发生的变形和沉降较大。开采深度越大地基所受影响反而较小,楼层越高地基变形越大。通过相似材料模拟实验分析实际采区开采后的地表变化,发现开采深度较浅情况下地表破坏明显严重,而深部开采时地表所受破坏情况较小,但当地表承重加强时会发生破坏。模拟和实验为矿区城市在深部开采条件下的地基建设提供参考。     

程潮铁矿西区不同采矿水平下的岩体变形规律分析

 金属矿山不同采矿水平下的岩体变形规律分析,能为矿山地表移动沉陷范围的圈定及安全生产决策提供依据。以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近8 a监测所得的地表及深部岩体变形成果,对不同采矿水平下的岩体变形规律进行分析。结果表明：开采－290,－307.5和－325水平时,顶板岩体进入初始冒落阶段;开采－342.5水平时,顶板岩体进入了大量冒落阶段,其崩落是间断发生的;开采－358水平时,地面沉降漏斗均匀扩展,岩层移动表现出很强的连续性;开采－375水平时,围岩进入快速向外扩展阶段,边界线、移动线得到了较大的扩展,下盘沉降漏斗在2010年1月之后变为不均匀扩展,岩层移动出现了突变性;开采－395水平时,围岩进入扩展放缓阶段,边界线、移动线基本未向外扩展,下盘沉陷坑区域变形仍旧非常剧烈,没有减缓的趋势。     

程潮铁矿西区地下开采引起的地表变形规律初探

 以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近6 a的地表水平位移、沉降位移变形监测成果,对地下开采引起的地表变形规律进行分析。结果表明：程潮铁矿西区从地表塌陷至今,等值线、移动线和陷落线在矿区东北端扩展最多,并且在2010年1月,设置的关卡门至措施井往西约150 m的矿区公路(以下简称矿区公路)、粉矿堆场及运输隧道东南端处的地表岩体突然加速,究其原因是矿区水平应力得到较大程度的释放,特别是东北端,使得矿区公路和粉矿堆场处深部岩体开始形成弯曲折断面,目前进入沿着高陡倾角的拉张裂缝向采空区的倾倒滑移破坏阶段,地表岩体以快速变形为主,而运输隧道东南端处的深部岩体只是发生弯曲变形,地表岩体在经历较短时间的快速变形之后,又线性稳定增长,进入倾倒破坏阶段。其成果能为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。     

金属矿山地下开采引起岩体变形规律浅析

 地下金属矿山开采往往会引起周围岩体的不连续变形,地表变形监测与深部岩体变形监测是了解岩体变形的最直接、最有效的方法,也能为评价地表构筑物安全性提供依据。以金山店铁矿东区为例,依据近六年的监测数据,对矿体周围岩体变形规律进行了分析,并阐述了岩体变形程度与趋势。结果表明：在地下开采影响下,金山店铁矿东区采空区上方岩体发生冒落式塌陷;塌陷坑周边岩体在卸荷作用和采矿作用共同影响下发生拉裂、滑移;距离采空区较远的区域,地表呈现连续变形特征。根据不同的变形特征可以把岩体分为垂直冒落区、拉伸滑移区、变形移动区、微变区和未扰动区五个区域。其中,垂直冒落区和拉伸滑移区为不连续变形区,微变区和未扰动区为连续变形区,变形移动区为变形过渡区,位于不同区域的构筑物存在不同程度的破坏。在采矿作用下,变形移动区会逐渐向拉伸滑移区转变,从而使地表变形程度和范围逐步扩大。     

急倾斜煤层开采岩移基本规律的模型试验

针对新集三矿急倾斜煤层开采复杂的采矿地质条件，运用实验室相似模型试验方法，对西三采区煤层开采引起的岩体移动和地表沉陷的基本规律进行了研究，总结出了新集三矿急倾斜煤层开采重复采动所引起的厚冲积层岩体移动基本特征和地表沉陷的相关参数。所得结果对现场开采及地表沉陷治理具有一定的指导作用，对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。     

采动岩体的力学行为研究与相关工程技术创新进展综述

简要回顾采动岩层结构破断与运动研究的发展过程,指出:采动岩层结构破断与运动不仅控制采场与回采巷道矿压显现,同时还控制采动岩层移动与地表沉陷以及控制采动岩体裂隙演化与渗流。随着对采动岩体特殊力学行为规律研究的深入,利用与控制这些特殊力学行为就形成系列的采矿工程技术创新,在此用工程图例的方式列出一组成果。重点综述在研究岩层移动与地表沉陷规律基础上开发出的综合机械化固体(废弃物)直接充填采煤技术和快速充填大断面沿空留巷技术;在研究采动岩体裂隙演化与渗流规律基础上开发出的煤与瓦斯共采技术和保水采煤技术,包括这4项创新技术的发展过程、最新进展和重要技术参数指标等。     

不同围压下软岩巷道全长锚固支护优化研究

以淮南矿区丁集矿西三采区地质条件为背景,采用FLAC 3 D计算软件对深井软岩巷道全长锚固支护条件下围岩稳定性进行模拟计算,获得不同围岩应力和支护强度作用下巷道围岩稳定性影响规律.得知,随着围岩应力环境增大,巷道顶帮下沉量和底板底鼓量增大,巷道顶底板变形位围岩移量变化趋势与巷道两帮变形趋势基本一致,在10 MPa围岩环...     

覆岩主关键层运动对地表沉陷影响的 钻孔原位测试研究

 通过神东矿区补连塔煤矿31401工作面内部岩移的地面钻孔原位观测与地表沉陷观测的对比研究,就覆岩主关键层运动对地表沉陷的影响进行实测研究。研究结果表明：厚47.01 m的粉砂岩主关键层控制了上覆基岩直至地表的移动变形,上覆岩层的运动随主关键层破断出现周期性跳跃变化;受主关键层的控制作用,地表沉陷测站观测时间间隔长短显著影响了测点的下沉速度曲线,观测时间间隔越短,其对应的下沉速度曲线呈现的周期跳跃性变化越强;观测时间间隔越长,其对应的下沉速度曲线更为均化。因此,在浅埋煤层开采中,为了准确反映地表下沉的动态过程,应该缩短观测时间间隔,才能正确掌握采动覆岩内部移动与地表沉陷的内在联系,推动开采沉陷预计的发展。     

破裂岩石的力学性能及在深井软岩控制中的应用

在拟合破裂岩石强度和变形特征的基础上，运用FLAC3．3对巷道支护阻力与围岩位移量的关系进行了模拟，分析了不同岩性条件下，支护阻力对围岩位移量的控制程度，并同人工神经元网络的拟合结果进行了对比。提出了支护阻力对控制软岩巷道具有重要作用及敏感作用范围的观点。在铁法矿区进行了工程实践，有效地控制了深井软岩巷道。     

短壁开采覆岩关键层黏弹性分析与应用

根据短壁开采条件下保护煤柱的布设特点，建立由保护煤柱支承的关键层力学分析模型。针对不同采场设计参数进行关键层受力及变形的弹性和黏弹性分析，得到弹性介质关键层下沉量的理论计算式，及黏弹性介质关键层变形随时间变化的表达式。评价不同采场参数对关键层随时间变形的影响，给出理想的建筑物下短壁开采设计参数范围，为“三下”开采设计和长期地表沉陷预计提供理论依据。     

金川矿山深部采掘条件下岩石力学研究与实践

 金川矿山经过几十年开采,开采深度已达1 000 m,复杂的工程地质条件、高地应力以及高渗透压导致深部开采工程的稳定性问题愈加突出。对金川二矿区深部850～1 000 m水平进行大量的现场地质调查研究,测试深部典型岩石的物理力学参数、膨胀与软化特性,研究岩石力学性质和地应力随埋深的变化规律。采用岩体地质力学(RMR)分类法和岩体质量(Q值)分类法,绘制二矿区深部各分段水平的岩体质量分区图。在深入调查金川矿区深部巷道变形和破坏特征的基础上,对高地应力、高渗透压下深部巷道开挖支护稳定性进行研究,结果表明,U型钢和锚杆联合支护效果最佳。全面总结金川矿区深部巷道支护经验,对巷道掘进和支护技术提出几点新的想法。研究不同开采方式对金川矿区深部充填体和围岩稳定性的影响,优化矿体回采方式,建议采用“隔三采一”布置回采进路,有助于控制围岩的变形,减弱上部充填体的下沉。     

中厚软岩板静载弯曲时中面特性的时间相关分析

上覆岩层对采动岩体活动全部或局部起决定性作用，上覆岩层运动是一个复杂的时空过程，具有时效性。采用中厚软岩板，基于岩体流变的Burger模型，对中厚软岩板静载弯曲时中面特性进行了时间相关分析。结果表明，中厚软岩板中面位置在相当长的时间段内是随时间变化的，它受岩体的刚度、粘滞特性等因素的影响。对于采动岩体而言，初始阶段的支护是保持中厚软岩板稳定的关键。