复杂条件下空区诱发的岩移及顶板冒落效应研究

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1、复杂条件下空区诱发的岩移及顶板冒落效应研究第一章绪论1.1选题背景和研究意义人类社会的生存和发展离不开矿产这种不可再生资源，它是推动经济社会可持续发展的不可或缺的物质基础[1-4]。随着人类对地下矿产开采范围的不断扩大和开采深度的不断增大，在获取重要的农业生产、工业生产发展的物质基础的同时，不可避免会对地下造成破坏，形成各种形态各异的空区，其面积往往达到几万、几十万，甚至上百万m2，体积则达到几十万、几百万m3，这些存在的空区很容易由于失稳而引发顶板大面积冒落，产生巨大的冲击地压灾害，从而对地下采矿作业人员和设备构成了巨大

2、的安全隐患[5]。五十年代以来，我国辽宁的弓长岭铁矿，湖北的荆襄磷矿，江西的小龙、盘古山、铁山垄、下垄和石人嶂等钨矿，湖南的锡矿山南矿山，四川里伍铜矿，广西的合浦恒大石膏矿，广西大厂的长坡、高峰、铜坑等锡矿都曾发生过大规模地压灾害，给国家造成了巨大的人员伤害和经济损失[6]。1965年湖南的锡矿山南矿山就发生了2次巨大的顶板冲击地压灾害，第一次造成地表下沉盆地达10.69万m2，最大下沉深度达0.5m，破坏了通风巷道120m、运输巷道130m，部分采矿中段也被迫停产3天，造成了资源的严重损失；第二次顶板冲击地压，不但导致了

3、顶板大面积冒落、地表开裂下沉，通风系统、井下运输破坏，而且还造成1号竖井井架发生倾斜，顶端最大倾斜值达到了43mm，井壁也出现11条大小不一的裂缝。由此可见顶板大面积来压的危害相当大，很有必要对它的产生、发展过程进行研究并提出相应的防治措施。安徽庐江龙桥铁矿自2006年建成投产至今，已经形成许多形态各异的采空区，空区赋存深度约为-285m，由于该矿区主要采用无底柱分段崩落法，随着矿体不断的向下回采，崩落深度增大的同时也造成了采空区暴露面积的不断扩大，当空区两帮岩体所能承受的应力值超过它的极限变形值时，便会引发两帮围岩的破坏

4、与移动，出现空区顶板下沉、崩落、破坏、倒塌等现象；严重的将导致大面积的岩体移动，直接威胁地下开采作业和地表安全，甚至造成地下矿体无法正常回采[7]。因此，加强岩移监测和顶板冒落规律研究，对于确保矿山的安全生产和可持续发展至关重要。本文以空区诱发的岩层移动、顶板冒落特征为研究主题，结合龙桥铁矿开采实际情况，为保障矿山长期安全以及高效的回收地下资源，应用理论分析与数值模拟技术，同时结合多种现场监测手段对龙桥铁矿主矿体在应用崩落法回采过程中顶板岩移特征及覆盖层冒落规律进行研究分析[8-9]。..1.2国内外研究现状无底柱分段崩落

5、法由于具有开采强度大、安全性好、机械化程度高以及成本低等突出优点，因而它在国内外地下矿山特别是地下铁矿山开采中得到了广泛应用[10-13]。世界上最大的也是最早利用这种采矿工艺的地下铁矿山瑞典的基鲁纳铁每年用这种采矿方法采出矿石2000万吨左右,被称为地下露天开采。随后，加拿大的格兰杜克（Grauduc）铜矿、克莱蒙（Craigmont）铜矿、赞比亚穆富利拉（Mufulira）铜矿、澳大利亚芒特艾萨（Mount-Isa）铜矿、扎伊尔喀漠托（Kamoto）铜矿以及前苏联的某些矿山都引入无底柱分段崩落法这种采矿工艺回采地下矿产

6、资源，无底柱分段崩落法已名副其实的成为世界上最为广泛运用的地下采矿方法之一[14-15]。作为一种工艺成熟的采矿法自20世纪60年代引入我国后，也迅速在我国矿山尤其是地下铁矿山开采中得到了广泛的推广应用。如武钢集团的程潮铁矿、金山店铁矿、鲁中冶金矿山公司的小官庄铁矿、张家洼铁矿、宝钢集团的梅山铁矿、安徽庐江的龙桥铁矿等[16]。根据目前的数据统计，在我国大中型地下铁矿山中，使用无底柱分段崩落法的矿山采出的矿石量约占大中型地下铁矿山采出矿石量的80﹪以上，同时，该采矿方法在化工矿山及有色金属矿山中也得到了较为普遍的推广[17

7、]。.第二章地质概况及矿区地应力测量2.1区域地质与矿区地质本文所涉及的区域范围为东经117°18′117°34′，北纬31°00′31°10′，总面积486km2。矿区范围为东经117°26ˊ25″～117°28′19″，北纬31°06ˊ38″～31°08′00″，面积约7.5km2。矿区褶皱结构不发育，但断裂构造比较发育，大多分布在矿床的

8、东部，共有13条，其中NE向有F101、F112，F113，NNE向有F102、F103、F106，近南北向有F104、F105、F109，NO的岩石冒落高度.........595.5本章小结...........63第五章覆盖层厚度及顶板冒落高度监测和智能预测5.1引言在利用数值分析软件FLAC3D