基于FLAC3D分析的某铁矿充填效果研究

为解决辽宁某铁矿开采后地表沉陷问题,验证自研的复合激发尾砂胶结充填体充填效果,运用FLAC3D模拟软件对铁矿二步骤充填开采和地表沉陷进行数值模拟计算研究.研究结果表明:采用3种胶结充填体分别进行二步骤充填后,盐基、碱基、水泥基胶结充填体内部的应力平均值分别为0.92,0.79,0.93 MPa,最大位移值分别为38,2...     

开采沉陷对矿区地表裂缝的采动累积效应分析

基于开采沉陷学和岩石力学理论分析矿区地表裂缝的采动累积效应。采用概率积分法、胡克定律和莫尔-库伦破坏准则等方法描述并量化地表拉伸裂缝的采动累积效应表征指标,提出了采动裂缝时间拥挤效应和采动延迟效应表征指标及采动空间拥挤效应表征指标。对研究区地表裂缝采动时间拥挤效应的实地观测与数值模拟分析结果表明,上下分层动态裂缝持续时间和永久裂缝显现时刻与地表移动活跃期吻合;采动空间拥挤效应分析结果表明,采动裂缝水平延伸长度、宽度和深度均比永久裂缝小,下分层开采裂缝比上分层发育,下山方向比其他部位裂缝发育。     

薄煤层超高水充填开采与地表沉陷研究

充填开采是建筑物下压煤的开采方法之一。为研究超高水充填开采对建筑物的采动影响程度,评价超高水充填效果,以吕沟煤矿超高水充填工作面为例,建立地表移动观测站对地表沉陷进行观测。采用概率积分法预计地表移动和变形值等,分析超高水充填开采对建筑物的影响。研究表明:超高水充填后地表下沉值较小,工作面推进270 m时,地表最大下沉值为43 mm;地表村庄建筑物损害级别在Ⅰ级以内。超高水充填开采能大幅减小地表移动和变形值,降低建筑物损害等级,保障地表建筑物的安全使用。     

煤矿开采地表沉陷盆地边界的再认识

为了研究厚松散层条件下煤矿开采沉陷盆地边界的界定及其影响因素，基于现场实测资料和误差传播定律，建立了厚含水松散层条件下地表沉陷监测点点位中误差函数模型；以辛置煤矿五采区为工程背景，采用UDEC离散元数值分析方法，揭示了采动程度与边界角之间的协同作用关系。研究结果表明:不同国家对沉陷盆地边界的界定并不统一，厚含水松散层条件下，沉陷盆地边缘15 mm的水平移动点可作为沉陷盆地的边界，对于特级保护对象，建议以2 mm下沉点作为沉陷盆地的边界。随着采动程度的增加，沉陷盆地上、下山边界角呈现先缓慢减小再逐渐增加的趋势，二者服从Lorentz函数模型，相关度分别为0.88和0.99，该函数模型能够表达研究区域采动程度与边界角之间的内在联系。     

采煤区覆岩与地表沉陷控制技术研究及展望

煤矿开采引起覆岩及地表沉陷的控制理论与技术研究是涉及全球性灾害学科的研究内容之一。笔者通过对采动覆岩破坏特征的分析，提出了覆岩破坏与移动的“竖四带”的分区模式；并在评述传统控制技术及效果的基础上，介绍了覆岩与地表沉陷控制的新技术——离层注浆技术的原理、特点及应用前景     

地下铁矿扩界开采地表影响范围预测

矿山开采活动形成的地下空区往往会对地表造成一定的影响,为确保矿山的安全生产并提供地表影响范围计算的科学依据,现根据某铁矿采用下向胶结充填法采矿需进行扩界开采的工程实际,将该矿的地表影响范围运用概率积分法进行预测。在已知该矿9条勘探线矿体形状的基础上,根据图件可得矿体的埋深、倾角、产状等基础资料,对于较薄矿体以及尖灭部位需做适当的处理,提供更为客观正确的计算数据。以地表沉陷数值的大小为参考标准运用概率积分法计算出地表移动边界和需监测范围,并计算倾斜、曲率和水平应变判断地表建筑物是否位于安全区。可得矿区周边房屋均处于安全区内和地表移动边界之外,扩界开采对地表影响较小,为同类工程提供参考和建议。     

空区处理与残矿回采对围岩及地表影响的数值模拟分析

为了提高矿山企业开采的生产效益及确保施工中设备人员的生命财产安全,采用现场声波测试试验与室内物理力学试验得出的力学参数,应用FLAC3D数值模拟软件,在空区顶板-矿柱体系简化为弹性矩形薄板-H-K体流变力学模型的基础上,分析空区处理与残矿回采对围岩及地表的影响规律。结果表明:矿区三中段充填回采过程中压应力最大值出现在Ⅲ-10开采之后,右帮壁形成了9. 8 MPa的压应力集中区;拉应力区域主要存在于充填体内,且大部分拉应力超过了充填体抗拉强度幅值0. 12 MPa;地表移动带范围内垂直方向位移保持在0～1 mm。实际施工中应采取加强充填体强度达0. 27 MPa以上或保留部分矿体支撑顶板等措施确保回采安全。     

巨厚砾岩下冲击地压发生机理及加固技术研究

针对深部矿井巨厚砾岩下采场冲击地压的易发性和危险性,运用理论分析和室内相似材料模拟试验方法,对华丰煤矿巨厚砾岩下覆岩运动规律及采场冲击地压发生机理进行研究。研究发现:随着工作面的推进,离层自下而上发育,在巨厚砾岩层下部离层空间达到最大。煤层极限平衡区内集中静载荷能量E静和巨厚砾岩破断、垮落释放的集中动载荷能量E动是造成采场冲击地压的根本原因,并且E动诱发冲击地压的强度更高,危险性更大。当E静+E动-Ef min>0时,采场冲击地压启动。在此基础上,提出一种囊袋式离层加固技术,对离层区域进行横向挤压和纵向加固,有效控制巨厚砾岩断裂、垮落,防止冲击地压的发生,减少地表沉陷,实现了煤矿安全绿色开采。     

岩层移动角选取的神经网络方法研究

岩层移动角是进行各类保护煤柱设计时的关键性参数 ,涉及地表建 (构 )筑物的安全。在综合分析影响岩层移动角因素的基础上 ,采用人工神经网络方法建立岩层移动角选取的模型。该模型采用改进的BP算法 ,运用我国典型的地表移动观测站资料作为学习训练样本和测试样本 ,对模型的计算结果与实测值进行了对比分析。分析结果表明 :用人工神经网络方法求算岩层移动角考虑的因素更为全面 ,结果更接近于实际。笔者为岩层移动角的理论计算探索出了一种新的方法。     

基于防冲的孤岛工作面分类及应用研究

针对目前煤矿孤岛工作面冲击地压类型复杂且治理缺乏针对性的问题，提出了“分类防治”的思路，围绕导致孤岛工作面冲击的高应力这一本质原因，并综合考虑覆岩运动、地质构造、开采、空间等因素，基于防冲对孤岛工作面进行分类；将孤岛工作面分为充分采动、非充分采动、充分-非充分采动、立体、“隐性”和复合型6种类型；将该分类方法应用于孤岛工作面采前冲击危险性评估，并根据评估结果对孤岛工作面冲击地压实施分类防治。研究结果表明:该分类方法可有效控制孤岛工作面冲击地压灾害。     

金山店铁矿平行矿体地下开采地表沉降物理模拟预测研究

根据金山店铁矿张福山矿区平行矿体的赋存特点，采用物理相似模拟方法，研究和预测了矿体地下开采过程中地表的沉降和位移规律。研究结论对于矿山安全地安排井下采矿生产、适时地进行地面建（构）筑物的搬迁以及土地的征购等，具有指导意义。     

“11.6”特别重大坍塌事故矿区采场稳定性三维数值模拟分析

本文采用岩土力学数值计算有限差分方法，建立了“11．6”矿难塌陷区采场的三维数学模型，反演了该采区的开采历史和围岩破坏、围岩应力分布、地表沉陷、监测点位移变化等情况，从力学角度阐述本次事故发生发展的过程，对地下采场的安全稳定性给出了客观的评价。为事故处理责任的认定和避免同类事故的发生提出了参考性意见。     

井工开采影响下的露天矿边坡沉陷规律研究

许多露天煤矿通过井工开采回收了边坡下的煤炭资源,但也不同程度地加剧了露天矿边坡的失稳和沉陷问题。其引起的岩层移动及地表下沉是一个复杂的物理、力学变化过程,本文以安家岭露天煤矿及其一号井工矿作为研究背景,首先分析了该矿山采空区的塌陷现状、特点、成因机制以及对露天煤矿生产带来的影响;并应用概率积分法与FLAC数值模拟方法对采空区塌陷进行模拟和预测分析,研究了露井共采作用下边坡变形及破坏机理,揭示了井工采动影响下,露天矿台阶式边坡特有的变形形态、应力分布特征、形成机理与采动沉陷规律。本文研究结论对于同类露井共采的矿山有着重要的借鉴意义。     

工作面回采诱发多断层活化对地表建筑物的影响分析

为了研究工作面回采诱发多断层活化对附近村庄内民房的影响,结合杨河煤矿地质采矿条件及裴沟村的地理位置,通过现场调查民房破坏情况划分了建筑物的采动损坏等级,证明了利用岩层边界角计算由断层活化引起的采动影响范围的不合理性;分析村庄内的地表移动破坏特征确定了断层活化的事实;运用FLAC3D数值模拟揭示了断层活化地表移动变形的特点;综合以上研究,提出了由断层活化造成民房损害的鉴定方法。结果表明:多断层活化具有多米诺骨牌效应,工作面回采产生的破坏,在断层之间依次传递,扩大了开采沉降的范围,增加了受损民房的数目;断层活化的地表倾斜值并非随着远离采空区边界逐渐减小,而是先减小,后增大,造成部分民房破坏加剧;提出以地表移动破坏特征判断断层是否活化、数值模拟确定采动影响范围、民房损害等级划分确定民房受损数目的鉴定方法。     

"11.6"特别重大坍塌事故矿区采场稳定性三维数值模拟分析

本文采用岩土力学数值计算有限差分方法,建立了"11.6"矿难塌陷区采场的三维数学模型,反演了该采区的开采历史和围岩破坏、围岩应力分布、地表沉陷、监测点位移变化等情况,从力学角度阐述本次事故发生发展的过程,对地下采场的安全稳定性给出了客观的评价.为事故处理责任的认定和避免同类事故的发生提出了参考性意见.     

基于弹性理论的软弱顺层岩质边坡受采动影响研究

在有软弱顺层边坡地形中进行采矿通常会引起边坡稳定性变化,因而研究此类边坡在受采动沉陷的影响在地质问题中是尤为重要的。首先利用关键层理论概念分析得到,在含有软弱结构层的岩质斜坡受到采动或开挖影响时,软弱结构层将和关键层同步变形而与上部岩质斜坡产生离层,形成悬臂结构。再根据弹性力学理论计算出岩质斜坡的极限悬臂长度以及断裂长度。最后利用实际矿山地质进行稳定性判断。结果表明,随着工作面的不断推进,采动影响下的离层距离变大,岩质坡体最大拉应力将沿着坡表面向前移动并且逐渐增高,最大拉应力点与发生离层点的距离X_(max)却急速减小,当离层距离达到l_(max)时,最大拉应力达将到坡体抗拉强度,岩质坡体断裂,此时岩体断裂长度达到l_(max)+X_(max);通过实际矿山工程算例得到,当坡顶上离层距离达到6.88 m时,若下方采空区继续推进增加,则上方坡体将产生断裂形成滑坡。     

采动区建筑物移动变形规律实测研究

为了研究开采影响下的建筑物移动变形规律、指导矿井安全生产,兴隆庄煤矿专门在4326综放工作面上方设立建筑物移动观测站。通过对观测资料的分析研究,获得该区条件下建筑物的移动变形规律,给出建筑物移动变形与地表移动变形之间的单因素系列关系式,并总结了不同长高比条件下建筑物变形与地表变形之间的综合关系式,获得的一些有益成果为矿区建筑物下安全采煤及采动区建筑物保护设计提供了科学依据。     

采掘诱发地震的成因及对策

根据煤或岩体的赋存特征及采动后的受力特点，将采矿及掘进等工程进行过程中诱发的地震灾害分为三类，即完整煤岩体受压应力作用的失稳、顶底板受拉应力型地震及断层走滑受剪型诱发地震。文章在分别分析其成因的基础上，研究了采矿诱发三种类型地震的发生条件，提出了防治发生诱发地震的对策。     

金川二矿区不良岩层采场巷道片帮冒顶事故树分析

金川矿区是典型的高地应力矿区。矿区构造极为发育，围岩稳定性极差，使采矿生产存在事故隐患。针对采场巷道顶板围岩或充填体的片冒事故，考虑人、机、环境，确定三种不同条件下片冒事故的影响因素，进行事故树分析，计算事故的最小割集、径集以及影响因素的重要度系数，为预防冒事故提供了重要的理论依据。     

采动影响下断层滑移失稳研究

为研究采动影响下活动断层的滑移情况,以抚顺矿区老虎台矿为背景,建立了采动条件下覆岩运动的突变力学模型,确定了断层发生滑动的必要条件;运用UDEC数值模拟软件对工作面开采条件下断层活动进行分析,现场工业性试验对断层活动进行监测和验证。结果表明,断层失稳的必要条件为刚度值k≤1,刚度比随着开采深度的增加而逐渐降低;当弹性段采出厚度大于85 m时,F25断层具备了发生滑动的必要条件,易发生冲击地压。83003工作面开采后,F25断层下盘位移基本不变,上盘位移活动幅度较大,最大位移达到了5~7m;锚索测力计的应力变化与断层活动具有较大的相关性,当锚索测力计数值突变时,表明断层已经活动,锚索测力计数值突变越大,预示冲击地压和矿震能量越大。