地下金属矿山岩层移动角与移动范围的确定方法分析

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1、中南大学硕士学位论文第一章绪论其中：f—地表倾斜度，表示下沉沿某一方向的坡度值；占—地表水平变形，一线段两端点的水平移动差与此线段长度之比；七—她表剖面线的弯曲度。陷落角，即采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界的连线与水平线之间在采空区外侧的夹角。也有理解为与陷落临界变形点的连线的夹角，陷落临界变形点的变形值恒定为：f=lOmm／小占=6mm／胁七=0．6×10-3／m在金属矿山地下开采过程中可以根据、上述判别标准圈定实测的移动角和陷落角。由于在矿山开采之前由于移动角、陷落角取值的影响因素十分复杂，通常只能通过与条件相近的矿山

2、进行类比，参考它们的实测资料来预测。由于各个矿山的条件千差万别，很难类比，所以在确定的时候，操作者的经验和分析判断的能力就起着很重要的作用。另外，从上述移动角和陷落角的概念可以看出，对它们的定义都是由采空区底部边界出发联线的，与矿体的起采高程等都不发生关系，在采用工程类比法时，很难找到各种条件都类似的开采时不同起采高程的参考资料。采用传统设计方法中，依据移动角、陷落角的概念进行设计时，往往会得出矿体埋深越深，地表移动、陷落范围越大的结果，这与实际情况有较大出入。因此，为实现矿山的安全开采，在地下开采过程中，必须对地下开采引起的上覆岩

3、层的移动规律及其对地表移动的影响和采场地压分布规律进行研究。确定合理的岩层移动角及移动范围。’1．2岩层移动角及国内外研究现状一般将地表岩层移动分为连续岩层移动和非连续岩层移动两种类型，就其研究理论而言，目前主要有以下几种理论。(1)上盘渐进崩落理论【2】主要针对露天转地下、用崩落法回采的矿山。霍克(Hoek)1974年发展了一种根据已知初始位置来计算渐进崩落的极限平衡分析方法。布朗(Brown)和佛古逊(Forguson)将其适用条件扩大，应用于倾斜地表以及剪切面中含有地下水的情况，这种方法称为顶板渐进崩落极限平衡分析法。该法认为

4、在顶板渐进崩落过程中处于极限平衡状态的楔形体随着矿石的采出将沿某一个破坏面滑移，采用莫尔一库仑强度准则进行判断。因其直观具体，该法在许多矿山地表的稳定性评价中都有应用。(2)上下盘渐进断裂理论pJ该理论也是针对露天矿转地下开采、用崩落法回采的矿山。印度矿业学院的辛格教授认为，上下盘地表的破坏机理应该是拉伸断裂而非剪切破坏。在地表的4中南大学硕士学位论文第一章绪论上盘区域一旦发生拉伸断裂，就会以张力不稳定方式随同采深增加而变强，从而在地表出现新的拉伸断裂。借助FLAC程序，分别对瑞典基律纳铁矿，印度拉贾斯坦帮的拉杰普拉里巴锌矿进行数值

5、模拟研究，其结果与实测基本一致。(3)松动区引起地表岩层移动理论【4】葛修润等认为，地下开采的采空区周围存在破损区，将采空区和破损区作为松动区，在松动区内将会发生沉陷或较大的位移，而在松动区外的岩体则有自成平衡的稳定趋势。崩落区的确定，从松动区边界最宽的位置作铅垂线，与地表的．交点作为崩落区。移动区范围的确定，从采空区顶作横线，与上述两条铅垂线相交于两点，以此两点分别按类似矿山的移动角做出两条斜线与地表相交于两点，该两点之间的范围为移动区。(4)构造应力控制矿山地表岩层移动理论【6】我国金属矿山与非金属矿山，倾斜、急倾斜产状矿床总是

6、与显著残余构造应力场相联系。例如铁矿床，无论是沉积变质磁铁石英岩型的鞍本、冀东、岚县矿区及岩浆岩钒钛磁铁矿型的攀西矿区，还是高温热液接触交代矽卡岩磁铁矿型的鄂东、宁芜、邯邢、鲁中矿区及含稀土金属型的包头矿区，实测构造应力显著。如构造应力存在及其开挖卸载作用，改变了破碎体向采空区的移动轨迹与模式，使得同一水平面内各个方向的移动呈现各向异性。颜荣贵教授等认为构造应力型矿山的地表岩层移动与变形可等效于自重应力及概化地应力两者开挖卸载作用．迭加，概化地应力开挖卸载导致围岩扩容，从而使采空区地表最大下沉值减小，水平移动及变形影响范围外扩，相对

7、值增加。(5)矿山岩体采动影响与控制工程学理论【7】虽然这一理论主要是针对煤矿开采地表岩层移动的理论，但有些科技工作者将之应用到金属矿山领域，也取得了可喜的成果【3】。刘天泉提出了岩体变形的空间分带论，地表变形的空间形态论，岩体和地表变形的地层结构论，岩体和地表变形的地层质量评价论。刘天泉还提出了控制岩体采动影响的7种控制类型，即下沉、变形、水平移动、垂直变形、顶板破坏高度、底板破坏深度及集中应力强度。(6)随机介质理论波李特威尼中等学者应用非连续介质力学中的颗粒体介质力学研究岩层及地表移动问题，认为开采引起的岩层和地表移动的规律与

8、作为随机介质的颗粒体介质模型所描述的规律在宏观上相似。概率积分计算方法就是把地下开采所引起的岩层及地表移动过程看成是随机过程，用概率论的方法建立了由地下单元开采所引起的岩层及地表单元下沉盆地表达式、单元水平移动表达式，经迭加建立地表下