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,運用flac3d對不同加固范圍情況下的采空區(qū)穩(wěn)定性進行了數(shù)值分析,用以指導設計與施工。

為研究復雜采空區(qū)的穩(wěn)定性,在前期現(xiàn)場調查、現(xiàn)場原巖應力測定、室內力學試驗及巖體力學參數(shù)工程處理的研究基礎上,應用現(xiàn)代仿真技術與計算機數(shù)值模擬技術,采用flac3d方法對龍橋鐵礦空區(qū)形成過程及采空區(qū)穩(wěn)定性進行模擬計算和預測分析,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)域逐步延深擴大,頂板中央拉應力分布逐漸明顯,最終變?yōu)槔瓚ζ茐?采場周邊圍巖位移最大,往外距離開挖邊界越遠,圍巖位移就越小,且采場上盤圍巖位移比下盤圍巖要大得多,圍巖移動方向均指向采空區(qū);在采場頂板以上形成圍巖移動位移等值拱;采空區(qū)頂頂中央點下沉量最大,向空區(qū)側面急劇降低,空區(qū)以外點的下沉量變化較小,且距空區(qū)越遠下沉量越小;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.

針對采空塌陷區(qū)形變穩(wěn)定性問題,基于礦山遙感監(jiān)測技術方法,解譯、對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、礦山開采點和礦山占地等動態(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)變化趨勢的相關因素,認為煤礦開采狀態(tài)的變化能夠影響采空區(qū)形變的趨勢?；谶b感監(jiān)測結果,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)形變趨勢分區(qū)預測圖,并針對性地提出了下一步防治對策和建議。

基于多層采空區(qū)的復雜建設用地,利用已有的勘察結果,以地表變形計算的殘余沉降量作為已知的結果,通過綜合巖石試驗的結果及工程類比經(jīng)驗,將地質模型中各類巖組賦予適當?shù)奈锢砹W性質參數(shù),進行反復試算、調整,最大限度地按照實際地質體的地質條件和工程條件反演地質體材料屬性參數(shù),建立多層復雜的采空區(qū)的地質模型。通過數(shù)值模擬計算結果顯示,采空區(qū)進行注漿處理后,選擇適當?shù)幕A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測在建筑物荷載作用下采空區(qū)的沉降變形,為評價場地的工程地質穩(wěn)定性和工程建設適宜性。

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,對該區(qū)的采空區(qū)進行了現(xiàn)場調查,分析和探討了采空區(qū)建筑物移動變形機理和采空區(qū)圍巖失穩(wěn)機理。采用abaqus對采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性進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,對老采空區(qū)必須進行處理。

根據(jù)緩傾斜礦體的特征,采用flac3d軟件對某鐵礦1#礦體采空區(qū)穩(wěn)定性進行了充填前后的數(shù)值模擬,對空區(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軟件進行穩(wěn)定性模擬,然后根據(jù)flac3d軟件計算結果以及安全因素設計出合理的采空區(qū)處理方案,最后模擬出采空區(qū)處理后的期望結果。結果表明,基于flac3d軟件模擬采空區(qū)處理過程能夠為設計采空區(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)定性評價報告——擬建工程建（構）筑物總平面布置見圖1-2所示。主要建、構筑物名稱及要素見表1-1所示。大型重要設備尺寸見表1-2。荷重最大的設備為甲醇合成塔、甲醇洗滌塔、氣化爐、澄清槽等。建構筑物最高的為煤筒倉（高度43.5m）和氣化框架（高度...

老采空區(qū)地基穩(wěn)定性評價——通過收集建設場地地區(qū)的有關地質采礦技術資料，對建設場地老采空區(qū)進行了殘余沉降預測和小區(qū)的地基穩(wěn)定性評價，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)機理以及收集礦床資料、采礦進程及進行室內巖石力學實驗的基礎上,利用數(shù)值模擬軟件flac對磨坊礦五號井2號礦體4號采場的開采活動進行了模擬.通過對采空區(qū)豎向應力分布,塑性區(qū)發(fā)展趨勢以及剪應變增量的分析,得出了空區(qū)的穩(wěn)定性程度及破壞發(fā)展趨勢:(1)在空區(qū)頂板與地板中心處出現(xiàn)了拉應力的集中;(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,運用三維有限元軟件abaqus,對采空區(qū)圍巖和地表建筑地基穩(wěn)定性進行了數(shù)值分析,得到了采空區(qū)影響范圍的位移場和應變分布規(guī)律。模擬結果表明,采空區(qū)存在破壞的可能。因此,對礦區(qū)內老采空區(qū)必須進行處理。同時結合采空區(qū)現(xiàn)狀,建議中部采用粗骨料膠結充填,兩翼采用尾砂膠結充填。

鐵礦采空區(qū)穩(wěn)定性是影響地表沉陷、塌落的重要指標,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)段回采過程中對上區(qū)段的影響,運用flac-3d數(shù)值計算軟件對其進行模擬計算,通過分析采空區(qū)的應力場分布情況,得到了上區(qū)段采空區(qū)穩(wěn)定性。

研究采空區(qū)穩(wěn)定性評價新方法或新模型對于提高采空區(qū)穩(wěn)定性評判的可靠度、保證地下礦山的生產(chǎn)安全具有重要意義。選取工程地質環(huán)境、巖體質量、采空區(qū)幾何參數(shù)和圍巖應力四方面的因素作為采空區(qū)穩(wěn)定性的主要影響因子,構建了地下礦山采空區(qū)穩(wěn)定性評價指標體系?；诠π禂?shù)法原理,采用三標度改進層次分析法確定各評價指標的權重系數(shù),建立了采空區(qū)穩(wěn)定性評判分級新模型。將所建立的模型運用到盤龍鉛鋅礦采空區(qū)穩(wěn)定性評價研究,評判結果與工程實際相吻合,驗證了基于功效系數(shù)法的采空區(qū)穩(wěn)定性評判分級模型的適用性和可靠性,為采空區(qū)穩(wěn)定性評價提供了一種新方法。

為分析淺埋采空區(qū)對路基穩(wěn)定性的影響,針對某新建公路穿越淺埋采空區(qū)的實際情況,采用flac3d建立三維模型進行了數(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)對道路行車安全的影響,并在此基礎上進一步分析了交通荷載、地下水與采空區(qū)耦合作用對路基穩(wěn)定性的影響。研究結果表明,該采空區(qū)的移動和變形仍未結束,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,進而在公路路面形成塌陷坑,對路基穩(wěn)定性造成較大威脅;當采深較淺時,交通荷載、地下水滲流作用會導致采空區(qū)活化,進一步增加路基沉降,宜采取注漿措施進行加固。

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,由現(xiàn)場勘察和地質資料,建立了采空區(qū)場地的工程地質模型和三維數(shù)值模型,應用flac3d揭示了采空區(qū)場地在自重場下和建筑荷載作用下的三維應力場、位移場和破壞場的變化特征,分析了地表殘余變形傾斜值、最大水平位移及曲率等,對采空區(qū)場地地基進行了穩(wěn)定性評價,得出該場區(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).該評價方法對類似工程有重要指導意義和借鑒價值.圖6,表1,參7.

在公路建設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,不支護或僅簡易支護,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)定性評價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)定性評價——采用理論分析和定量計算相結合的技術路線，根據(jù)“三帶”理論對采空區(qū)對地表的影響程度和地表移動區(qū)的范圍定性定量評價，應用應力分析法對礦區(qū)地點進行穩(wěn)定性分析。

采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性評價研究——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。由現(xiàn)場勘察和地質資料，建立了采空區(qū)場地的工程地質模型和三維數(shù)值模型，應用flac~~揭示了采空區(qū)場地在...

采用理論分析和定量計算相結合的技術路線,根據(jù)“三帶”理論對采空區(qū)對地表的影響程度和地表移動區(qū)的范圍定性定量評價,應用應力分析法對礦區(qū)地點進行穩(wěn)定性分析。

安全評價分為安全預評價、驗收安全評價、安全現(xiàn)狀評價和專項安全評價四類。專項安全評價結論通常決定項目的可行性或安全狀態(tài)。通過2個實例,介紹了ansys在采空區(qū)穩(wěn)定性這一專項安全評價中的應用。結論表明,計算模型的正確性決定評價結果的可靠性,力學參數(shù)控制評價結果的精確度。三維ansys模型能簡便、可靠和快速評價采空區(qū)的穩(wěn)定性。

利用調查、地質調繪、工程物探及鉆探等勘探方法,對鶴大公路k225+179中橋下部采空區(qū)進行綜合勘察,查明場地地質構造、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,塌陷導致地表出現(xiàn)沉降,并引發(fā)橋體下沉。進行采空區(qū)區(qū)域劃分及穩(wěn)定性分析評價,并預測后期位移量,采空區(qū)為傾斜煤層采空區(qū),煤層厚度較大,預測后期橋體會發(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。

礦山測量是一門技術科學,應用領域十分廣泛,涉及到礦山生產(chǎn)的各個階段,應用于礦區(qū)生產(chǎn)與管理的各個環(huán)節(jié),而且實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施的基礎上,通過技術的改革和發(fā)展科學并高效地解決出現(xiàn)的問題,就要求進行技術創(chuàng)新。本文借鑒近幾年對采空區(qū)動力破壞過程監(jiān)測與預報研究和礦山應用事例以及一些重要因素的分析,闡述礦山測量技術創(chuàng)新以及采空區(qū)動力災害過程監(jiān)控的數(shù)字化理念。