采空区塌陷规律资料.doc

《 采空区塌陷规律资料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章绪论研究背景随着国民经济的快速发展，对矿产资源需求口益增加，伴随着矿石的开采人们获得了巨大的经济效益，然而采空区安全问题口益突出。部分矿山采用空场采矿法开采，矿体开采后，形成了大面积采空区，随着采空区规模的扩大，采空区地压不断增加，局部出现应力集中现象，采空区局部冒落，矿柱变形并破坏，最终有可能导致采空区塌陷，严重威胁到矿山的安全生产。近几十年来，采空区冒顶塌陷事故不断，造成了重大人员伤亡和经济损失，部分采空区现状己成为矿山安全生产的重大隐患，采空区塌陷己成为矿山生产的重要地质灾害之一「1-3]以大冶

2、桃花山矿采空区塌陷事故为例，该矿山采用空场采矿法，经过多年开采，己形成多水平大面积采空区。由于回采结束后采空区缺乏有效支护手段，1998年至2003年矿山共发生过六次采空区塌陷事故，上下采空区连通且塌陷至地表，形成了一个长约70-80米，宽约30-}-50米，50米深，面积约3000平方米的近似圆形塌陷坑，给矿山生产带来了巨大经济损失[[4-6]采空区塌陷是一个复杂的力学时空过程，矿山岩体复杂，影响因素极多，解决这类问题需要进行全面系统的研究。研究采空区塌陷规律，可以找出矿山采空区塌陷的主要影响因素，判断塌

3、陷区的发展趋势以及现有采空区的稳定性，为采空区塌陷预警、采矿工程设计、采空区治理工作、采空区安全评价等提供理论依据。准确的采空区塌陷规律研究对矿山安全和生产具有重大作用，准确的研究结果可保证最大限度的回收国家矿产资源，避免资源的浪费，为矿山带来巨大经济效益，同时可指导矿山生产的安全进行，预防塌陷事故的发生和降低塌陷事故带来的危害。因此，在地下采矿形成大规模采空区时，掌握采空区塌陷规律，对矿山安全生产的顺利进行具有重要意义[7]。2国内外研究现状采空区塌陷规律的研究，是矿山重要课题之一。采空区塌陷问题研究的重

4、点是采空区顶底板的管理、采空区围岩的控制、采空区上覆岩层移动规律和采空区地压活动所导致灾害的控制及地表沉陷的控制。其工程特点表现为:矿山地质条件和围岩应力分布状态复杂多变;随着矿体的开采，采空区围岩应力分布状态和应力大小不断改变;岩层的运动状态也不断变化;矿山采空区结构力学模型不断发展变化[fgl。采空区顶板冒落、地表塌陷及冲击地压等是目前矿山最大威胁之一[[9]。矿山采空区顶板冒落、片帮、塌陷等引起的安全事故，是矿山生产事故中很大一部分，其根本原因则是采空区地压平衡的失控，为此，国内外进行了大量研究，在采

5、煤形成采空区塌陷问题研究上己取得重要成果，并形成了开采沉陷学科[10-12]早在1838年。比利时Gonot就提出了开采沉陷“垂线理论”，随后又提出了“法线理论”。德国的Jicinsky于1876年提出“二等分线理论”。耳西哈于1882提出“自然斜面理论”[13]。法国的裴约尔于1885年提出“拱形理论”等。1903年，Halbaum认为，可将采空区上覆岩层视作悬臂梁，地表变形是由上覆岩层的下沉导致的。1909}Korten根据变形实测结果总结出水平变形与移动的分布规律。1913年，Eckardt认为岩层的

6、移动应是岩层逐步弯曲导致的。1919年，Lehmann提出，地表沉陷过程与褶皱的形成过程类似。Schmitz等人于1923-1940年提出了影响函数法研究开采沉陷影响面积。前苏联的阿维尔申利于1947年建立了地表下沉盆地剖面方程。波兰学者Litwinszyn于1954年提出随机介质理论研究开采沉陷「‘“}。至此，国外己逐步形成开采沉陷学科的理论体系。上世纪50年代，我国开始对开采沉陷理论进行研究，经过多年努力，也己逐步形成一套符合我国矿山开采实际情况的开采沉陷理论。1965年，刘宝深、廖国华等在随机介质理论

7、基础上发展，提出了“概率积分法”。1981年，何国清[}ls}等提出了碎块体理论。1985年，何万龙「16}等提出了地表移动的计算方法。1988年，刘文生「17}研究了矿房尺寸对地表沉陷的影响。2000年，郭增长[[18}提出了预计地表在不充分开采时移动的方法。2005年，张永波「19]等根据数值计算结果和相似模拟实验结果，结合分形几何理论对采动覆岩形成分形裂隙网络的演化规律进行了研究。2008年，黄英华研究了石膏矿采用房柱法时采空区的失稳机理。2010年，王鹏[[20}研究了复杂开采条件时上覆岩层变形和移

8、动规律。目前，采空区塌陷研究方法主要有以下几种:}1}唯象学研究方法。这类方法是通过收集地表位移的监测和观测数据，结合统计学方法总结上覆岩层移动与地表沉陷规律，学者己提出了多种地表塌陷预测方法，典型的有典型曲线法[[21]概率积分法，神经网络法，剖面函数法[[22]，分布函数法[[23]，模糊数学方法，图表法「24]，灰色预测方法，采空区矢量法及稳健统计方法[[25}等。}2)力学研究方法。为揭示上覆岩体破坏的力