观山矿地下开采对地表公墓群变形预测及关键控制技术研究

摘要

地下矿体的开采,会破坏周围岩体原有的应力平衡,引起岩层与地表移动,出现了采动损害问题,损坏地表构筑物,造成对矿产资源、水资源、土地资源的污染和损害,引起山体滑坡、地质灾害、大气污染及其对矿区环境的损害等。这些问题都是采矿工业发展中亟待解决的问题,特别是进入21世纪之后,环境保护已经成为人类要解决的重大问题,采动损害问题也受到越来越多的关注。因此,我们要在最大限度开发利用矿产资源、提高矿井综合效益的同时,采用合理的开采技术控制开采引起的损害程度,并进行矿产环境的综合治理与生态重建,实现矿业开发的可持续发展。
　　中国高岭土公司是国内最大的高岭土采、选、研联合企业,由于矿区长期以来采用分层崩落法进行开采,致使矿区地表产生了明显的沉降和变形。为掌握矿块开采后的围岩垮落规律、矿压显现规律及对应采动地表变形特征,确定矿块的关键开采工艺参数及其开采顺序,为采动地表变形控制提出依据,本课题将采用现场实测、理论分析、实验室试验、数值计算等综合研究方法,对观山矿地下开采对地表公墓群变形预测及关键控制技术进行研究。
　　研究得到的成果和结论是:(1)根据观山矿研究区域地表为公墓群的实际特点,通过实地考察与调研,经与现场技术人员分析,确定其采动地表保护等级为Ⅱ级。(2)结合观山矿具体开采现状,宜采用侧向与逆破相接合的推进方向采矿,尽量减小采动坡体的变形,进而最大可能减小对公墓群的损坏。(3)概率计算表明:选用条带式开采(部分开采)方式,保留条带宽度a和采出条带宽度b的比值取为0.5(采出率约67％),以满足国家Ⅱ级标准为前提,采深为70m～80m的条件下,地表为水平时,最大采高约4m;在地表倾角为22°的条件下,最大采高约3m。(4)理论分析表明:在完全开采的条件下,采深为70～80m时,影响半径约45.9m;在保留条带宽度a和采出条带宽度b的比值取为0.5(采出率约67%)的条件下,采深为70～80m时,影响半径约为53.3m。(5)数值模拟计算表明:在4m采高条件下(采深70～80m)采宽不应大于25m,矿柱留宽至少为10m;在3.5m采高条件下可适当增加采宽至30m,矿柱留设宽度不小于15m。(6)物理模拟试验验表明:在观山边坡条件下进行完全开采是不可行的,只可进行条带(部分)开采,在此基础上,分析了边坡条件下高岭土开采后的覆岩及采动边坡活动规律及机理。(7)结合观山矿开采技术现状,不应采用完全开采(长壁)方式,在采用部分开采(条带开采)方式时,采高不应大于3.5m,采宽不应大于25m,而矿柱留宽不宜小于10m(采出率约71.4%),开采边界距盘山公路的水平距离不小于53.3m。

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1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 数值分析方法现状

1.4 主要研究内容和方法

2 矿区工程地质背景

2.1 矿区工程地质条件

2.2 矿区水文地质

2.3 主要开采技术条件

2.4 岩体力学参数

3 观山矿采动地表变形等级分析

3.1 采动地表移动和变形对建筑物的影响

3.2 建筑物损坏等级与允许变形

4 采动地表变形规律及其因素分析

4.1 采动坡体变形的基本规律

4.2 影响坡体变形因素

5 地表为水平条件下采动变形计算

5.1 完全(长壁)开采的概率积分法

5.2 条带开采

5.3 影响半径

5.4 小结

6 地表为边坡条件下采动变形计算

6.1完全（长壁）开采理论

6.2 完全（长壁）开采计算

6.3条带开采理论

6.4条带开采计算

6.5 小结

7 采动地表变形的数值模拟研究

7.1 数值模拟模型建立

7.2 各方案模拟结果（以08纵为例）

7.3 小结

8 主要结论

参考文献

致谢

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