论文部分内容阅读
地下采矿引起的岩层移动和地表塌陷,威胁着矿山生产安全和周边居民的生命财产安全,一直以来都是影响着矿山建设规划的重大工程问题。本文以程潮铁矿西区为背景,针对近年来出现的地表塌陷和滑移现象,采用现场调查、变形监测、数值计算和理论分析等方法,探讨了地表及深部岩体的变形规律,揭示了崩落法开采下地表塌陷和滑移机理,并在此基础上提出了矿区岩体变形分区,以指导矿区安全生产和搬迁。本文研究成果既完善了崩落法开采下岩体变形机理,也为程潮铁矿西区面临的实际问题提供了指导,具有重要的理论意义和实际价值。论文的主要研究成果如下: 1.依据近10年的地表变形监测成果,认为移动盆地范围扩展速度并非恒定,是一个“匀速——加速——减缓”的过程。开采初期处于均匀逐渐向外扩展阶段;在开采-375m~-393m水平期间,移动盆地向外扩展较快;之后,变形范围基本稳定,变形主要集中在地表裂缝带以内。 2.数值计算结果表明:地表塌陷之前,沉降是地表变形的主要体现;地表塌陷之后,水平构造应力得到释放,水平变形的影响开始明显,这种影响随着与塌坑距离的增加而减弱。上盘岩体的移动变形受角岩中NEE向和NW向节理影响显著,而下盘岩体变形主要受NE和NWW向(倾向南西西)节理控制。 3.综合考虑岩体质量、节理状态、采区尺寸等因素,分析得到西区覆岩可持续崩落的最小水力半径R1大多小于15m,认为覆岩具有良好的可崩性。岩体的崩落是否到达地表引起地表塌陷,可用开采深度和开采厚度的比值判断。在程潮铁矿西区,首次将三维激光扫描系统应用到塌坑监测中,并发现引起地表塌陷的临界深厚比值为5.4~5.6,若小于该值岩体的崩落会到达地表导致塌陷。 4.根据监测及计算成果,认为西区地表塌陷过程可分为三个阶段:初始冒落、间断冒落和剪切冒落。初始冒落使岩石碎胀并充填采空区,采区处于暂时平衡状态;间断冒落使得冒落过程具有间断性、跳跃性;剪切冒落易造成地表突然塌陷。 5.以随机介质理论为基础,推导了地下开采条件下围岩卸荷面和滑移面的理论表达式。结合监测与数值计算成果,认为地表滑移是在地表塌陷卸荷和拉伸滑移面发展至地表后形成的,但由于可滑移空间有限,地表滑动效应在持续一段时间后逐渐减弱或消失。 6.结合地表滑移机理,可将地表裂缝分为三类:浅部裂缝、深部裂缝和卸荷裂缝。浅部裂缝是滑移区岩体变形过大引起的地面拉伸开裂,深度和宽度不大;深部裂缝是围绕采空区的裂缝带,也是潜在滑动面;卸荷裂缝是地表滑移后岩体因卸荷变形出现的开裂,宽度和深度都较小。 7.按照地表变形特征和变形对建筑物的损害程度,定量地将地表和深部岩体分为五个区域:垂直冒落区、拉伸滑移区、移动损害区、小变形区和未变形区。前两个区域在变形量上有明显不同,而且变形机理也有差异,属于不连续变形区;后两个区域的变形只有量的不同,没有质的差异,属于连续变形区;移动损害区岩体同时存在连续变形和不连续变形状态,可视为从连续变形到不连续变形的过渡区域。