金川矿山岩体移动规律及竖井变形、破坏机理研究

来源 :中国科学院地质与地球物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qhp168
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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。论文通过资料搜集、工程地质调查、地表岩移GPS监测、理论分析和数值模拟等手段和方法,详细论述了金川矿山地下开采引起的岩体移动规律及竖井变形、破坏机理等问题。   针对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,金川三个矿区表现出不同的岩体移动特征:二矿区已经形成了比较明显的地表移动盆地,移动盆地形状呈非对称性,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面略向上盘偏移,长轴方向与地下矿体的展布方向基本一致;对龙首矿来说,以龙首矿区的地下主采掘区为中心,也形成了一个移动区域,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;三矿区由于开采时间较短,地下开采对地表的影响还比较小,但移动盆地也正在形成。   地下开采引起了金川矿山大范围的沉降,但在龙首矿和三矿区的局部地表,却出现了隆升的现象,分析表明,龙首矿区露天坑底的隆起是由露天转地下开采后边坡体变形活化引起的,而三矿区的局部地表上升则是由地下开采引起的弹性地基梁效应导致的。   虽然GPS监测结粜表明金川矿区的沉降景在不断的增大,但是二矿区有的测点的沉降速率却在跳跃中具有下降的趋势。研究表明,地表岩移速率并不是无限制的增大,而是存在一个最大值,达到最大值后,岩移速率会逐渐减小,但减小到一定程度后,岩移速率变化幅度就比较小。此外,在地表不同部位,其地表岩移速率变化特征不同,这与它们和采区的相对位置及矿体倾角有关。   以GIS工具软件Arcview为平台,应用其提供的Aveneue语音进行第二次开发,开发了金川矿山地表岩移分析和预测系统。系统包括岩移信息管理、岩移分析与评价、岩移预测三个模块。在岩移评价功能模块,通过VB6.0和Surfer来生成各种等值线图和沉降立体图;在岩移预测模块,通过VB6.0调用Matlab6.5来实现GPS监测数据的非线性神经网络时序预测,而数据准备、结果的分析以及模型的集成则通过Avenue编程来实现。   论文最后分析了二矿区14行风井的变形、破坏机理及返修支护效果。研究表明,14行风井的破坏是由采动引起的岩体移动造成的,在采动影响下,14行风井的破坏又有其特殊的机理,包括开采陡倾矿体产生的应力等值线分又和采动引起的断层效应。14行风井的返修支护措施对竖井围岩移动、变形有一定的限制作用,但效果不是很好;随着开采深度和规模的扩大,井筒围岩还将产生较大的位移,并有可能重新发生破坏。
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