露天转地下开采引起的采坑围岩变形特征及其发生机理

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目前,我国大多数露天金属矿山随着采坑的不断加深,露天开采逐渐不能满足矿区的生产需要,进而转入地下开采。然而转入地下开采后,由于原岩的应力平衡状态发生改变,从而出现一些之前没有出现过的工程地质现象,例如:边坡岩体的崩塌和滚落;地表塌陷;边坡岩体发生大变形;井壁衬砌层的大段、大面积不对称脱落等等。因此,露天转地下开采引起的采坑围岩的变形,作为矿山工程地质力学现象和问题,应作深入研究。  本文以金川龙首露天采坑为研究对象,在现场调研和大量资料收集的基础上,针对龙首矿区露天转地下开采引起的采坑围岩变形特征及其发生机理进行了研究。首先,根据长期积累的地表岩体移动GPS监测数据,分析了各监测点水平位移、高程位移以及三维位移的变化规律,得到除了露天坑底高程上升最大测点的上升量呈逐渐减小的趋势外,龙首矿区各监测点的高程位移、水平位移量均呈逐渐增大的趋势;由于受露天开挖的长期效应和地下采动的双重影响,已引起矿区地表岩体的大面积变形和移动。其次,根据物理模型试验的相似原理,选择明胶、甘油和水的混合物作为相似材料,并采用无初始应变能并具有记忆固化压力功能的竖直铸模方法,通过物理模拟试验分析了露天开挖以及转地下开采后采坑围岩的变形特征,并结合GPS监测结果,重点分析了露天转地下开采后采坑围岩底部隆起机理。得到转地下开采后,采坑围岩的变形特征兼具了露天开挖和地下开采两种工程作用的特点。地下开采使得边坡岩体在露天开采期间的移动和变形活化,当该位移量较大,抵消了由地下开采引起的下沉量时,坑底就会继续呈现隆起现象。但是坑底并不会一直处于上升状态,如果地下开采规模进一步扩大,坑底将下沉。所采用的物理模拟试验方法克服了在数值模拟中露天开挖条件下边坡体的中高坡段和地表也出现竖直向上位移分量的现象,模拟结果更符合实际。最后,同时结合了物理模拟和数值模拟手段分析了露天开挖引起岩体移动和变形的断层活化效应及其发生机理。得到处于开挖影响范围之内的断层,会破坏岩体的变形协调条件,在断层及其附近一定范围内呈现出特殊的岩石移动规律,使开挖引起的岩体移动和变形变得复杂化。
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