论文部分内容阅读
金川矿山是中国最大的以充填法开采为主的地下金属矿山。该矿山地质条件复杂,构造发育,矿岩破碎,地应力较高,岩体稳定性极差,使得开采难度极大,岩体工程稳定性问题非常突出。1996开始发现地面移动现象,并且在金川二矿区发现地裂缝。
论文以金川矿山为例,详细阐述了陡倾斜金属矿床开采引起的地表岩体移动及其相关问题,包括GPS监测网的建立及其优化、监测的方法,地表岩体移动规律,陡倾斜金属矿床开采引起的岩体移动机理及充填体的作用,14行风井的破坏原因等,同时建立了适合GPS监测数据的地表岩体移动神经网络时序预测模型,利用相似理论推导了地下硐室开挖引起围岩移动的理论预计解析式以及开挖引起的断层错动段长度的反求方程。
矿山地表岩体移动的GPS监测结果表明,由于受不同的采动影响,金川二矿区和龙首矿区表现出不同的岩体移动特征:二矿区地表移动盆地正在形成,移动盆地形状的非对称性十分明显,上盘方向的影响范围远远大于下盘方向。移动中心伴随地下采掘作业而略向上盘偏移,长轴方向与地下矿体的展布方向基本一致。调查分析显示在地表形成的移动盆地中心位置投影到各分段的位置为巷道返修量明显增大的位置;对龙首矿来说,以龙首矿区的地下主采掘区为中心,也形成一个移动区域,由于受露天开挖的长期效应和地下采动的双重影响,其变形轨迹及其非线性特征变得更为复杂。
虽然GPS监测结果表明金川矿区的沉降量在不断的增大,但是二矿区的沉降速率却在跳跃中具有下降的趋势。地表岩移速率并不是无限制的增大,而是存在一个折返点,在折返点之前,地表岩移速率为递增的,折返点之后,地表岩移速率为递减的。分析结果认为金川矿山地表岩移速率,在二矿区已过折返点,岩移速率呈下降趋势,而龙首矿区则在折返点之前,岩移速率具递增趋势,但由于递增趋势微弱,因此岩移速率接近折返点。
水平构造应力的存在,对垂直沉降有减缓作用,而对水平位移有加大的趋势,可见水平构造应力对岩体移动还是有一定的影响,但是这种影响却比较小,开挖引起的岩体移动主要还是由岩体的自重引起的,水平构造应力只是很微小的影响因素。
由于金川矿体陡倾且厚度较大,金川矿山岩体移动的机理具有与煤矿开采明显不同的特征。在开采过程中,随着开采深度的变化,其岩体移动机理分阶段发生变化。前期阶段类似于水平矿层开采下的岩体移动,后期阶段类似于倾斜矿体开采下的岩体移动,随着不同的岩体移动方式和类型为主导,岩体移动机理发生转化,其转化的临界开采深度大致为采高大于矿体厚度处。而且由于矿体厚度较大,使得第二沉降中心出现较晚或者十分不明显。
虽然当本身不带应力的充填体置换出带有应力且强度更大的矿体时,不可避免的会产生围岩变形,但是它们仍能共同组成一个体系,在体系内共同对采动引起应力平衡破坏状态进行调整。充填体不但对围岩变形和破坏产生抑制作用,而且对围岩的应力分布状态具有调整作用,使得局部应力集中不再出现,同时充填体也是岩移速率提前减小的前提条件,这些作用是充填采矿方法所特有的。
在目前无更合适的金属矿山岩移预测方法的情况下,利用适合于GPS监测数据的非线性神经网络时序预测模型进行预测显示了良好的准确性,特别是在时间步长较短情况下,应用于实际预测一定程度上可以弥补岩移预测方法不足的缺憾。而地下硐室开挖引起围岩移动的理论预计解析式以及开挖引起的断层错动段长度的反算方程的相似理论推导则为研究同类问题并使之走向定量化提供了一些基础,其原理和方法无论在理论上还是在实践意义上都具有一定的利用价值。