礦山多層采空區(qū)群穩(wěn)定性的數(shù)值分析

介紹龍山發(fā)電廠一期鐵路專用線采空區(qū)的注漿加固范圍和沉降控制研究,運(yùn)用flac3d對(duì)不同加固范圍情況下的采空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析,用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

為研究復(fù)雜采空區(qū)的穩(wěn)定性,在前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)原巖應(yīng)力測(cè)定、室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)及巖體力學(xué)參數(shù)工程處理的研究基礎(chǔ)上,應(yīng)用現(xiàn)代仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù),采用flac3d方法對(duì)龍橋鐵礦空區(qū)形成過程及采空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行模擬計(jì)算和預(yù)測(cè)分析,研究表明:采空區(qū)形成后,空區(qū)四周各角隅處首先達(dá)到極限剪切破壞狀態(tài),隨著采空區(qū)的增大,角隅處破壞區(qū)域逐步延深擴(kuò)大,頂板中央拉應(yīng)力分布逐漸明顯,最終變?yōu)槔瓚?yīng)力破壞;采場(chǎng)周邊圍巖位移最大,往外距離開挖邊界越遠(yuǎn),圍巖位移就越小,且采場(chǎng)上盤圍巖位移比下盤圍巖要大得多,圍巖移動(dòng)方向均指向采空區(qū);在采場(chǎng)頂板以上形成圍巖移動(dòng)位移等值拱;采空區(qū)頂頂中央點(diǎn)下沉量最大,向空區(qū)側(cè)面急劇降低,空區(qū)以外點(diǎn)的下沉量變化較小,且距空區(qū)越遠(yuǎn)下沉量越小;采空區(qū)一半高度的水平斷面上圍巖以垂直向下位移為主.

針對(duì)采空塌陷區(qū)形變穩(wěn)定性問題,基于礦山遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)方法,解譯、對(duì)比了四川省筠連煤礦區(qū)2009年、2012年和2015年3期遙感影像,獲取了采空塌陷、礦山開采點(diǎn)和礦山占地等動(dòng)態(tài)變化信息;分析了礦山開發(fā)環(huán)境狀態(tài)變化與采空塌陷區(qū)變化趨勢(shì)的相關(guān)因素,認(rèn)為煤礦開采狀態(tài)的變化能夠影響采空區(qū)形變的趨勢(shì)?；谶b感監(jiān)測(cè)結(jié)果,采用塌陷區(qū)穩(wěn)定性分析方法,推算出采空塌陷區(qū)持續(xù)形變和新增形變信息,編制了采空塌陷區(qū)形變趨勢(shì)分區(qū)預(yù)測(cè)圖,并針對(duì)性地提出了下一步防治對(duì)策和建議。

基于多層采空區(qū)的復(fù)雜建設(shè)用地,利用已有的勘察結(jié)果,以地表變形計(jì)算的殘余沉降量作為已知的結(jié)果,通過綜合巖石試驗(yàn)的結(jié)果及工程類比經(jīng)驗(yàn),將地質(zhì)模型中各類巖組賦予適當(dāng)?shù)奈锢砹W(xué)性質(zhì)參數(shù),進(jìn)行反復(fù)試算、調(diào)整,最大限度地按照實(shí)際地質(zhì)體的地質(zhì)條件和工程條件反演地質(zhì)體材料屬性參數(shù),建立多層復(fù)雜的采空區(qū)的地質(zhì)模型。通過數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果顯示,采空區(qū)進(jìn)行注漿處理后,選擇適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)型式,則有無建筑物條件下的地面沉降變形值均很小,且變化不大。這些方法可以有效地預(yù)測(cè)在建筑物荷載作用下采空區(qū)的沉降變形,為評(píng)價(jià)場(chǎng)地的工程地質(zhì)穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性。

為了分析錫礦山銻礦床五窿道區(qū)老采空區(qū)上方建筑地基穩(wěn)定性,對(duì)該區(qū)的采空區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,分析和探討了采空區(qū)建筑物移動(dòng)變形機(jī)理和采空區(qū)圍巖失穩(wěn)機(jī)理。采用abaqus對(duì)采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性進(jìn)行三維有限元模擬分析,研究表明,該區(qū)采空區(qū)都存在破壞的可能,對(duì)老采空區(qū)必須進(jìn)行處理。

根據(jù)緩傾斜礦體的特征,采用flac3d軟件對(duì)某鐵礦1#礦體采空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行了充填前后的數(shù)值模擬,對(duì)空區(qū)治理、礦柱回采的方案制定及安全生產(chǎn)具有一定的借鑒作用。

基于某鐵礦ⅱ#礦帶采空區(qū)現(xiàn)狀,首先采用flac3d軟件進(jìn)行穩(wěn)定性模擬,然后根據(jù)flac3d軟件計(jì)算結(jié)果以及安全因素設(shè)計(jì)出合理的采空區(qū)處理方案,最后模擬出采空區(qū)處理后的期望結(jié)果。結(jié)果表明,基于flac3d軟件模擬采空區(qū)處理過程能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)采空區(qū)治理方案提供較為可靠的依據(jù),在一定程度上具有優(yōu)化采空區(qū)治理方案的作用。

采空區(qū)地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)報(bào)告——擬建工程建（構(gòu)）筑物總平面布置見圖1-2所示。主要建、構(gòu)筑物名稱及要素見表1-1所示。大型重要設(shè)備尺寸見表1-2。荷重最大的設(shè)備為甲醇合成塔、甲醇洗滌塔、氣化爐、澄清槽等。建構(gòu)筑物最高的為煤筒倉(cāng)（高度43.5m）和氣化框架（高度...

老采空區(qū)地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)——通過收集建設(shè)場(chǎng)地地區(qū)的有關(guān)地質(zhì)采礦技術(shù)資料，對(duì)建設(shè)場(chǎng)地老采空區(qū)進(jìn)行了殘余沉降預(yù)測(cè)和小區(qū)的地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并提出了建筑物抗變形措施建議。

為研究緩傾斜中厚礦體采空區(qū)穩(wěn)定性,在研究采空區(qū)失穩(wěn)機(jī)理以及收集礦床資料、采礦進(jìn)程及進(jìn)行室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用數(shù)值模擬軟件flac對(duì)磨坊礦五號(hào)井2號(hào)礦體4號(hào)采場(chǎng)的開采活動(dòng)進(jìn)行了模擬.通過對(duì)采空區(qū)豎向應(yīng)力分布,塑性區(qū)發(fā)展趨勢(shì)以及剪應(yīng)變?cè)隽康姆治?得出了空區(qū)的穩(wěn)定性程度及破壞發(fā)展趨勢(shì):(1)在空區(qū)頂板與地板中心處出現(xiàn)了拉應(yīng)力的集中;(2)空區(qū)剪切破壞首先發(fā)生在角隅與礦柱的中下部,導(dǎo)致礦柱的失穩(wěn),然后再向空區(qū)邊緣頂板上部發(fā)展,最終導(dǎo)致頂板整體塌陷;(3)一、二步開挖后空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài),最后一步開挖后,采空區(qū)失穩(wěn).

根據(jù)某礦山的采空區(qū)圍巖的條件,建立三維有限元模型,運(yùn)用三維有限元軟件abaqus,對(duì)采空區(qū)圍巖和地表建筑地基穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析,得到了采空區(qū)影響范圍的位移場(chǎng)和應(yīng)變分布規(guī)律。模擬結(jié)果表明,采空區(qū)存在破壞的可能。因此,對(duì)礦區(qū)內(nèi)老采空區(qū)必須進(jìn)行處理。同時(shí)結(jié)合采空區(qū)現(xiàn)狀,建議中部采用粗骨料膠結(jié)充填,兩翼采用尾砂膠結(jié)充填。

鐵礦采空區(qū)穩(wěn)定性是影響地表沉陷、塌落的重要指標(biāo),也是上下區(qū)段能夠安全生產(chǎn)的前提。為了研究某鐵礦采空區(qū)在下區(qū)段回采過程中對(duì)上區(qū)段的影響,運(yùn)用flac-3d數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算,通過分析采空區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)分布情況,得到了上區(qū)段采空區(qū)穩(wěn)定性。

研究采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)新方法或新模型對(duì)于提高采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)判的可靠度、保證地下礦山的生產(chǎn)安全具有重要意義。選取工程地質(zhì)環(huán)境、巖體質(zhì)量、采空區(qū)幾何參數(shù)和圍巖應(yīng)力四方面的因素作為采空區(qū)穩(wěn)定性的主要影響因子,構(gòu)建了地下礦山采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系?；诠π禂?shù)法原理,采用三標(biāo)度改進(jìn)層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),建立了采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)判分級(jí)新模型。將所建立的模型運(yùn)用到盤龍鉛鋅礦采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究,評(píng)判結(jié)果與工程實(shí)際相吻合,驗(yàn)證了基于功效系數(shù)法的采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)判分級(jí)模型的適用性和可靠性,為采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了一種新方法。

為分析淺埋采空區(qū)對(duì)路基穩(wěn)定性的影響,針對(duì)某新建公路穿越淺埋采空區(qū)的實(shí)際情況,采用flac3d建立三維模型進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了淺埋采空區(qū)影響下公路路基的沉降規(guī)律,探討了淺埋采空區(qū)對(duì)道路行車安全的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了交通荷載、地下水與采空區(qū)耦合作用對(duì)路基穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明,該采空區(qū)的移動(dòng)和變形仍未結(jié)束,受淺埋采空區(qū)的影響,地表將出現(xiàn)不均勻的沉降和橫向、縱向裂縫以及道路中心線的偏移,進(jìn)而在公路路面形成塌陷坑,對(duì)路基穩(wěn)定性造成較大威脅;當(dāng)采深較淺時(shí),交通荷載、地下水滲流作用會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)活化,進(jìn)一步增加路基沉降,宜采取注漿措施進(jìn)行加固。

以東方龍泉建筑工程為例,基于剛體極限平衡原理,采用力學(xué)分析方法確定了建筑荷載作用下采空區(qū)上覆巖層的臨界厚度.同時(shí),由現(xiàn)場(chǎng)勘察和地質(zhì)資料,建立了采空區(qū)場(chǎng)地的工程地質(zhì)模型和三維數(shù)值模型,應(yīng)用flac3d揭示了采空區(qū)場(chǎng)地在自重場(chǎng)下和建筑荷載作用下的三維應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和破壞場(chǎng)的變化特征,分析了地表殘余變形傾斜值、最大水平位移及曲率等,對(duì)采空區(qū)場(chǎng)地地基進(jìn)行了穩(wěn)定性評(píng)價(jià),得出該場(chǎng)區(qū)在建筑物荷載作用下采空區(qū)地基處于穩(wěn)定性狀態(tài).該評(píng)價(jià)方法對(duì)類似工程有重要指導(dǎo)意義和借鑒價(jià)值.圖6,表1,參7.

在公路建設(shè)中常常遇到小窯采空區(qū),這類采空區(qū)一般開采規(guī)模小,系私人開采,不支護(hù)或僅簡(jiǎn)易支護(hù),無充填,頂板自由塌落且開采無規(guī)劃,采取率低,無勘察資料,無采礦資料,部份地段還經(jīng)多次復(fù)采,使得這類采空區(qū)不但勘察難度大,具有許多不確定性,而且穩(wěn)定性評(píng)價(jià)難以確定采取何種模型,給采空區(qū)處理帶來困難。

采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)——采用理論分析和定量計(jì)算相結(jié)合的技術(shù)路線，根據(jù)“三帶”理論對(duì)采空區(qū)對(duì)地表的影響程度和地表移動(dòng)區(qū)的范圍定性定量評(píng)價(jià)，應(yīng)用應(yīng)力分析法對(duì)礦區(qū)地點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究——以東方龍泉建筑工程為例，基于剛體極限平衡原理。采用力學(xué)分析方法確定了建筑荷載作用下采空區(qū)上覆巖層的臨界厚度．同時(shí)。由現(xiàn)場(chǎng)勘察和地質(zhì)資料，建立了采空區(qū)場(chǎng)地的工程地質(zhì)模型和三維數(shù)值模型，應(yīng)用flac~~揭示了采空區(qū)場(chǎng)地在...

采用理論分析和定量計(jì)算相結(jié)合的技術(shù)路線,根據(jù)“三帶”理論對(duì)采空區(qū)對(duì)地表的影響程度和地表移動(dòng)區(qū)的范圍定性定量評(píng)價(jià),應(yīng)用應(yīng)力分析法對(duì)礦區(qū)地點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

安全評(píng)價(jià)分為安全預(yù)評(píng)價(jià)、驗(yàn)收安全評(píng)價(jià)、安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和專項(xiàng)安全評(píng)價(jià)四類。專項(xiàng)安全評(píng)價(jià)結(jié)論通常決定項(xiàng)目的可行性或安全狀態(tài)。通過2個(gè)實(shí)例,介紹了ansys在采空區(qū)穩(wěn)定性這一專項(xiàng)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。結(jié)論表明,計(jì)算模型的正確性決定評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性,力學(xué)參數(shù)控制評(píng)價(jià)結(jié)果的精確度。三維ansys模型能簡(jiǎn)便、可靠和快速評(píng)價(jià)采空區(qū)的穩(wěn)定性。

利用調(diào)查、地質(zhì)調(diào)繪、工程物探及鉆探等勘探方法,對(duì)鶴大公路k225+179中橋下部采空區(qū)進(jìn)行綜合勘察,查明場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、采空區(qū)分布范圍、規(guī)模及塌陷情況,采空煤層為15#煤層,上部覆巖為軟弱覆巖,塌陷導(dǎo)致地表出現(xiàn)沉降,并引發(fā)橋體下沉。進(jìn)行采空區(qū)區(qū)域劃分及穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià),并預(yù)測(cè)后期位移量,采空區(qū)為傾斜煤層采空區(qū),煤層厚度較大,預(yù)測(cè)后期橋體會(huì)發(fā)生較大沉陷,并產(chǎn)生較大水平位移。為保證橋梁的安全,根據(jù)治理難度分析,提出橋梁移位至無采空區(qū)的安全地段,原橋梁拆除后修筑路基的整治方案。

礦山測(cè)量是一門技術(shù)科學(xué),應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,涉及到礦山生產(chǎn)的各個(gè)階段,應(yīng)用于礦區(qū)生產(chǎn)與管理的各個(gè)環(huán)節(jié),而且實(shí)踐中的新問題總在不斷產(chǎn)生,并要求有效的解決辦法,如何在已有的軟硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)的改革和發(fā)展科學(xué)并高效地解決出現(xiàn)的問題,就要求進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。本文借鑒近幾年對(duì)采空區(qū)動(dòng)力破壞過程監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)研究和礦山應(yīng)用事例以及一些重要因素的分析,闡述礦山測(cè)量技術(shù)創(chuàng)新以及采空區(qū)動(dòng)力災(zāi)害過程監(jiān)控的數(shù)字化理念。