岩层和地表移动与变形的评价.pdf

岩层和地表移动与变形的评价 全苏矿 山地质力学和测量科学研究所对 岩层移动过程的长期研究表明 , 评价岩层和 地表移动与变形是建立在该过程在 地表显现 方式的基础 上 。 视矿体的大小和埋藏深度 、 围岩的物理力学性质与结构和所用采矿方法 而定 , 岩层移动可能有以下三种基本形式 局 限于岩体内部, 出露地表并在地表形成单 个漏斗和陷落区 , 不管地 表是否出现塌陷区 和大裂隙 , 在地表形成了宽阔 的危险岩石移 动带 。 在以崩落覆盖岩法开采厚度 3米以 上 和 倾角小于7 0 。的矿体 时岩石的单轴抗 压强 度为4 0一 16 0兆帕 , 在H 尹 l , 的条件下 必 须检验是否 形成稳定性条件 , 式中 H 产一 从风化岩石和松散沉积物边界算起的采 空区 上部边界的实际深度 , 米 ; 1 1一等效 跨度, 米 。 可按下式计算等效跨度 l , LI训L Z l 么 i 式中 L一采空 区沿矿体 走向尺寸 , 米 ; 卜一采 空区在垂直矿体走向剖面上水 平投影 尺 寸, 米 。 当待开采 的矿体倾角大于 7。 。 时 , 在计 算l 、时 利用12代替l 。 l 和1 2值 按l Ic o s a m , in a和1 lsi na 计算 , 式中 l一 矿体沿 倾斜长度 , 米 ,a 一矿体倾角 , 度 。 在考虑 地表稳定状态条件时的各种参数示 于 图 1 。 即使采空区上部边界的实际 深度H 小于l ,, 那么用崩落法开采时在地表通 常也会形成漏 斗和陷落区 , 而且在要保护目标下的矿体只 能采用充填采空区的方法开采 。 近年来在地表出现 各种变形的下部大量 采空的条件下 , 通过仪器观测积累 了大量的 岩层移动过程发展的实际资料 。 不 久以前 , 作为圈定保安矿柱时最重要过程参数的移动 角和断裂角 , 是这种条件下的 主要计算参 数 。 保安矿柱也作为保护下部采空的建筑物 和构筑物的 主要措施 。 开 采这些矿柱不仅要 求计算角参数而且要计算地表的 移动 和变 形 , 这是及时采取 采矿或结 构措施保护建筑 物和 构筑物所必需的 。 分析和 系统整理大量 的地表岩层移动现场观 测资料表 明 , 预测的 岩石移动和 变形 主要取决于以下因素 地 表 下部的采空 程度 ; 所采 用 的采矿方法 , 从中 必须区分崩落围岩采矿法 、 充填采 空区采矿 图 1 计算岩层和地表稳定性的几何参数 虚线表示表土和松散沉积物的下部边界 a一垂直矿体剖面; 6一沿走向剖面 过100 0 米时应力的比值随深度而减小 。 在加拿大深部硬岩矿山开展原岩应力测 盘之前 , 仅采用估算的自重载荷作为矿山设 计和岩体稳定性评价的应力参数 。 但是 , 应 力测量结果诀明 , 各向异性的水平压应力超 过垂直 应力分量 。 矿体为急倾斜的矿山 , 其 共同特点是 最大水平应力垂直 于矿体走 向 , 最小水平应力与矿体走向平行 。 IMB , ,, 5 王文健 吴 欣 DOI 10. 13828 /j. cnki . ckjs. 1991. 20. 008 C u lleti n 1 9 911 8 08 法和空场采矿法房柱法 ; 矿体采幅 、 下 部采空露天坑边帮的存在 、 滑坡现象 、 围岩 的结构特点和性质 。 地表以下 的采 空程度和矿体采幅都可说 明岩体积聚的弹性和势能 , 这种能量可消耗 于岩体破坏 。 下部采 空程度n适于 用下式 确定 11 l , 1 eosa /H 。P 式中 H cP一平 均开采深度 , 米 , a 一矿体倾 角 , 度 。 等效 跨度1 1按 1式确定 , 并用l代 替l 产。 归纳研究矿山岩层移动过程的实际资 料表明 , 在n 3时地 表下部即将完全采空 。 如以上所述 , 在此条件下地 表可 能形 成有或 无陷落区的大范 围危险 移动带 。 有或 无 陷落 区的主要原因在于所采用 的采矿 方 法和采 幅 。 当矿体厚度大于3一4米时 , 用崩落覆盖 胃 的方法控制顶板通 常会出现 陷落区和大 裂 隙 , 此 时 由于移动和变形值很大 , 评价岩层 移动和变形无实际意义 , 不 允许使用 该地区 内的任何建筑物和构筑物 。 因此评价地表的 移动和变形只在平稳移动和小裂缝区内才是 适宜的 图2 。 同时应 该指 出 , 在该区内 的最大沉降值不取决于采 幅大小 , 而只取 决 于下部采空的程度和围岩性质 , 可用相对 强 平稳移动和小裂缝 区 陷落和大裂隙区 圈 2 用崩落班益岩的采矿法开采矿体时 在垂宜矿体走向创面上岩层移动的显现方式 度指标来表示 , 即了 ’ 6c / YHc P , 式 中 6 c一覆盖岩单轴抗压强 度的加 权平均值 , 帕 , 丫一覆盖岩容重的加权平 均 值 , 牛顿/ 术 ’, Hc P一矿体平均采深 , 米 。 当用崩落覆盖岩的采矿法 、 采空 区充填 采矿法和留观察长期稳定性用矿柱的房柱采 犷法开采厚度小于 3米的缓倾斜和倾斜 矿 体 时 , 在地表形成无 陷落区和大裂隙的平稳移 动区 , 可以保证移动区内任何地 点建筑物的 完整性 。 在这种条件下最大沉 降 值主要取决 于地表以下的采空程度和采幅 。 如果采用充 填采空区的采矿方法 , 那 么沉降值将取 决于 有效采幅m 尹。 当用充填采 空区的采矿方法 开采缓倾斜 层状矿体时 , 可由 下式确定有效采 幅m / m 产 h K h H 1一 B Bm 式中 hK一根据现场观测确定的充填前采场 顶底板 的平均收敛值 , 米 ; h。一未充满的平 均高度从充填体上部边界到采场顶板的平 均距离 , 米 ; B一根据现场或试 验室 试验 结果确定的在压力作用下充填体的沉 降系 数 ; m一矿体的正规采幅 , 米 。 当用矿房法 、 房柱法以及水平 分层胶结 充填法开采 急倾斜矿体时可以按照 m 产 Bm 计算有效采幅 。 在缺乏试验 资料的倩况下 , 当开采深度 不足30 0 米时充填体的沉降系数 为 胶结充 填料0 . 0 050 . 03 、 水砂充填料0 . 05一0 . 1 5 、 水力碎石充填 0 . 1 5 0 . 3 0 。 当开采 深度 为 3 0 0 8 0 0米时上述三种充填料的沉降系数分 别为0 . 0 5一0 . 0 8 、 O 。 2 5和0 。 4 5 。 r o pHH业水y pH a几, 1 9 9 1一1,384 0 周 正廉三 也