基于有限元分析的大包庄矿地表移动带圈定

发布时间：2019-08-19 20:54

【摘要】：选取大包庄矿开采范围内所有地质剖面,建立二维有限元数值模型,计算一期、二期工程矿体开挖后不充填和全充填2种工况下的地表变形,通过地表变形值与标准值对比,圈定2种工况下的地表移动带,并对数值模拟法与工程类比法圈定的移动带进行了对比分析。结果表明:采空区不充填时数值模拟法与工程类比法圈定的范围较接近,开挖矿体较薄时,数值模拟法计算的地表移动范围在工程类比法确定的移动范围内;开挖矿体较厚时,数值模拟法计算的地表移动范围在工程类比法确定的移动范围外。采空区全充填时数值模法与工程类比法圈定的移动带范围差异较大,充填体限制了围岩变形,减小了地表移动范围。数值模拟法充分考虑了矿山复杂地质条件和开采技术条件,其圈定的移动带能更好地反映实际地表变形。
【图文】：

四周倾伏的穹隆状，形状为似层状或透镜状，总体走向北东，长约1100m，，宽约770m。矿体在56#～52#勘探线范围内呈透镜状且较薄;矿体在52#～57#勘探线范围内－250～－400m间呈穹窿状，向北西方向倾斜延深大，倾角5°～20°，且在52#～53#勘探线范围内较薄，向南东方向倾斜延深小，倾角20°～40°，在52#～57#勘探线范围内－400～－600m间呈似层状，向北西方向倾斜且较厚;矿体在57#～61#勘探线范围内向北西倾斜，平均倾角25°且较厚。其中，53#勘探线剖面地质概况如图1所示。图153#勘探线剖面矿岩分布示意根据大包庄矿地下开采设计，矿山分两期开采。一期开采－400m水平以上的矿体，其中56#～52#勘探线内的矿体可在一期采完;二期开采－400～－600m水平的矿体。目前，矿山采用分段空场嗣后胶结充填采矿法进行开采，阶段高度为50m，矿房、矿柱宽度均为15m;先采矿房，充填采空区后再回采矿柱，充填时，各中段底层10m采用灰砂比为1∶4的充填料充填，其余采空区采用灰砂比为1∶8的充填料充填。2工程类比法圈定地表移动带工程类比法是通过工程经验及参考类似矿山的岩层移动角，确定设计矿山的岩层移动角，根据移动角在勘探线剖面上作出矿体边界的岩层移动界线，并在地质平面图上连接各勘探线剖面岩层移动界线与地表的交点，所形成的闭合曲线即为矿山地表移动带［1］。根据大包庄矿工程地质条件，采用工程类比法确定的大包庄矿上、下盘岩层移动角均为65°，端部岩层移动角为70°，采用此移动角圈定大包庄矿一期、二期工程的地表移动带，如图2所示。圈定结果显示，一期工程的移动带已覆盖到部分村庄区域，二期工程的移动带相比于一期有所扩大，覆盖村庄区域面积增大。图2工程

比为1∶4的充填料充填，其余采空区采用灰砂比为1∶8的充填料充填。2工程类比法圈定地表移动带工程类比法是通过工程经验及参考类似矿山的岩层移动角，确定设计矿山的岩层移动角，根据移动角在勘探线剖面上作出矿体边界的岩层移动界线，并在地质平面图上连接各勘探线剖面岩层移动界线与地表的交点，所形成的闭合曲线即为矿山地表移动带［1］。根据大包庄矿工程地质条件，采用工程类比法确定的大包庄矿上、下盘岩层移动角均为65°，端部岩层移动角为70°，采用此移动角圈定大包庄矿一期、二期工程的地表移动带，如图2所示。圈定结果显示，一期工程的移动带已覆盖到部分村庄区域，二期工程的移动带相比于一期有所扩大，覆盖村庄区域面积增大。图2工程类比法圈定大包庄矿地表移动带1———村庄区域;2———工业场地;3———一期工程移动带;4———二期工程移动带3数值模拟法圈定地表移动带通过对大包庄矿开采范围内所有地质剖面建立二维有限元数值模型，分析计算矿山一期、二期矿体开挖后采空区不充填和全充填2种工况下的地表变形［7－9］，根据地表变形状态圈定地表移动带。计算大包庄矿地下工程开挖或充填后地表节点的水平变形、倾斜和曲率3个地表变形值，并将计算值与对应的变形标准值进行分析比较。砖石结构建构筑物保护等级及其对应建筑物所处地表位置允许变形最大值如表1所示［6］。采用砖石结构建筑物Ⅰ级保护等级对应的3个变形标准值衡量大包庄矿地下开采对地表的影响程12矿冶工程第37卷
【作者单位】： 武汉科技大学资源与环境工程学院;黄麦岭磷化工有限责任公司;
【基金】：国家自然科学基金面上项目(51074115,51574183) 湖北省自然科学基金重点项目(2015CFA142)
【分类号】：TD325

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本文编号：2528501