構造應力型礦山空區(qū)頂板巖層移動規(guī)律研究.pdf

1、金屬礦山通常伴有構造應力場的特征,當構造應力大于自重應力時,構造應力在控制頂板巖層移動方面起主導作用,隨著資源回收轉(zhuǎn)向深部,其構造應力作用更趨明顯。然而,針對構造應力作用下的巖移規(guī)律研究,尚處探索階段,這已成為制約礦山實現(xiàn)安全、高效、可持續(xù)生產(chǎn)的技術瓶頸之一,因此,對構造應力作用下地下開采引起的頂板巖層移動變形規(guī)律進行研究已迫在眉睫。針對這一現(xiàn)狀,本文以以典型的構造應力型礦山—龍橋鐵礦作為工程研究背景,采用現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值計算、理論分析等

2、方法,對高構造應力復雜環(huán)境條件下的采空區(qū)頂板巖層移動規(guī)律進行了研究。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1、在調(diào)研礦區(qū)的地質(zhì)背景、巖石物理力學特征、地應力狀況等的基礎上,采用FLAC3D數(shù)值模擬平臺,對比分析了自重應力和構造應力兩種背景下空區(qū)頂板巖層的應力及位移演變規(guī)律,揭示了構造應力作用下空區(qū)頂板巖層移動特征。研究發(fā)現(xiàn),與自重應力型礦山相比,構造應力作用引起采空區(qū)頂板一定區(qū)域存在明顯的應力集中現(xiàn)象,且隨著空區(qū)跨度增加和開采深度的

3、延伸,應力集中區(qū)沿著地表方位移動,空區(qū)頂板巖層完整性遭受嚴重破壞。
　　2、數(shù)值計算結果表明:與自重應力型礦山頂板巖層整體下沉變形特征相比,采空區(qū)頂板巖層變形區(qū)域存在明顯的分化現(xiàn)象,頂板巖層呈現(xiàn)下沉變形和上升變形區(qū)域;在礦體開采的初期,臨近空區(qū)的頂板巖層下沉變形區(qū)域在垂直地表方位分布較小,且其下沉量小于自重應力場下的對應值,而采空區(qū)對應的地表及以下一定范圍內(nèi)的圍巖呈現(xiàn)上升變形分布區(qū)域;隨著空區(qū)跨度的增大,頂板巖層對應的下沉變形區(qū)域

4、沿地表方位擴展,下沉變形量大于自重應力場下的對應值,同時頂板巖層對應的上升變形范圍逐步減小,但其上升變形量逐步增大。
　　3、采用了先進的三維激光探測系統(tǒng)C-ALS對空區(qū)進行了無損探測,并借助Surpac礦業(yè)軟件建立了空區(qū)的三維實體模型,將獲取實際的空區(qū)高度與采礦設計空區(qū)的理論高度進行了對比分析,揭示了空區(qū)頂板巖層冒落情況;同時采用鉆孔觀測儀宏觀觀測了空區(qū)頂板的冒落情況,獲取了空區(qū)巖層冒落宏觀顯現(xiàn)特征,探討了空區(qū)頂板巖層冒落狀況與