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1、第32卷第1期武汉工程大学学报Vol.32No.12010年01月J.WuhanInst.Tech.Jan.2010文章编号:1674-2869(2010)01-0061-04金属矿山地下开采引起地面塌陷的规律1221周春梅,李沛,虞珏,李先福(1.武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074)(2.武汉钢铁集团矿业有限责任公司大冶铁矿,湖北黄石435000)摘要:金属矿山地下开采引起地表塌陷已经成为一种主要的矿山地质环境问题.地面塌陷受多方面因素影响,各因素相互作用使得金属矿山地表塌陷形成机理复
2、杂.本文以大冶铁矿东露天采场地面塌陷为例,从采场地质环境、矿体特征、采矿方法、崩落角、地面塌陷的形式等方面,综述了地面塌陷的特征,并探讨了地面塌陷的形成规律,该研究为矿山地面塌陷的成因及控制对策研究提供了帮助.关键词:金属矿山;地下开采;地面塌陷;矿山地质环境;大冶铁矿中图分类号:P554文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1674-2869.2010.01.019采的地质环境问题.0引言本文以大冶铁矿东露天采场的地表塌陷为国内外对矿山开采引起地表塌陷的研究由来例,从东露天采场的地质环境、
3、矿体特征、采矿方已久,但研究成果主要是针对煤层开采的岩层移法、地面塌陷的形式、崩落角分析入手,探讨塌陷动与地表沉陷预测.对于金属矿山,由于岩体物理区的特征及形成规律,为地面塌陷的形成机理及力学性质、地层结构、矿体形态、赋存条件以及采控制对策的研究奠定了基础.矿方法与煤矿存在着较大的差异,地面塌陷影响1地面塌陷的形成机理及控制对策因素复杂多变.特别是,对于具有断裂构造、地层与矿体产状复杂变化的金属矿床,目前国内外尚金属矿山地下开采地面塌陷是由于矿山地下没有比较成熟、系统和准确的方法来研究地面塌开采形成采空区
4、,采空区上覆岩体在自重和上覆[1]陷的形成机理以及控制对策.岩土体的压力作用下,产生向下的弯曲与移动,当大冶铁矿露天采场矿体自20世纪60年至80顶板岩层内部形成的张拉应力超过岩层的抗拉强年代相继开采完毕并转入地下开采,目前除局部度极限时,直接顶板发生断裂、跨塌、冒落,接着上的挂帮矿回采外,主要为地下开采.由于长期的大覆岩层相继向下弯曲、移动,随着采空范围的扩量地下开采铁矿层,形成大面积采空区,据黄石市大,受移动的岩层也不断扩大,从而在地表形成塌地质灾害调查与区划资料,矿区采空区将近4陷.在缓倾条件下的上
5、覆岩土体大致可形成三个2km,采空区高度10~25m,最大达40余米,导致带,即冒落带、裂隙带和弯曲变形带,这三个带的[4]其围岩应力发生改变,岩体完整性遭到破坏,采空界限一般不明显,也不一定同时出现.区顶板塌落,波及地面引起不均匀沉降与大面积金属矿山地下开挖必然引起岩层变形与移[2,3]的塌陷.东露天采场狮子山20世纪70年至80动,其变形速度、影响范围、发生与发展时间受众年代发生地面变形,目前已形成长300m,宽50~多因素的影响,如采矿方法、矿体赋存条件(地质120m,深20~35m的塌陷坑,导致地
6、表排水沟条件、岩土物理力学性质、矿层倾角)、开采的深道、通风斜井井口以及部分厂房等建筑物受损破度、厚度、宽度、采场结构尺寸、开采速度和顺序,坏.尖林山、龙洞、铁门坎等采区也发生多处规模以及开采的时空关系等,金属矿山开采后地表的[1]不一的地面塌陷,对铁山区三岔路村2000余人的移动变形函数可表示为:生命财产造成严重威胁,同时也危及矿业活动的Dr=F(H,L,M,TH,E,J,C,<,L,C,X,,)正常进行,地面塌陷已成为一种严重困扰矿山开其中,Dr为开采后地表的实际移动量;H为实际收稿日期:2009-1
7、0-15基金项目:国家自然科学基金项目资助(50874080)和湖北省教育厅优秀中青年人才项目.作者简介:周春梅(1979-),湖北随州人,博士,讲师.研究方向:矿山地质灾害防治.62武汉工程大学学报第32卷开采或开挖深度;L为采区的实际开采宽度;M为程地质分区、边坡的稳定性(特别是和断层组合在矿块的实际开挖厚度(或矿层厚度);TH为水平构一起)影响明显,大冶铁矿主要发育的节理构造有[5,6]造应力;E为采区上覆岩体的弹性模量;J为采区J1-4、J5-6、J7-9.矿层上覆岩体节理裂隙影响系数(无量纲量)
8、;C为大冶铁矿东露天采场工程地质岩组划分为6矿层上覆岩体的内聚力;<为矿层上覆岩体的内摩组,其中大理岩、闪长岩组强度最高,风化花岗闪擦角;L为矿层上覆岩体的泊松比;C为介质的密长岩和矽卡岩组、蚀变闪长岩组次之,断层角砾度;X为地下水影响系数.岩、砂砾石和粘土岩组强度最低.采场岩体结构类地面塌陷的形式与矿体距地表的埋深及矿体型主要有块状结构、层状结构、层状碎裂结构、碎的厚度的关系如表1,同时,在塌陷发生的沉陷盆裂结构、散体结构,
