重復(fù)采動(dòng)對陡急斜坡地表變形破壞影響數(shù)值分析

摘 要：以試驗(yàn)礦區(qū)實(shí)際地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，采用UDEC軟件對多煤層開采后陡急斜坡地表移動(dòng)變形進(jìn)行模擬研究，獲得了重復(fù)采動(dòng)對陡急斜坡地表移動(dòng)規(guī)律，對類似礦井多煤層開采活動(dòng)具有一定的借鑒作用。

關(guān)健詞：地下開采；陡急斜坡；地表移動(dòng)變形

中圖分類號：P427.2+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號 ：2095-672X（2017）03-0186-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.100

Abstract： Based on the actual geologic data of the test area， UDEC software was used to simulate the surface movement and deformation of steep and steep slopes after mining， and the surface movement laws of steep and steep slopes were obtained. A certain reference.

Key words： underground mining； steep slope； surface movement deformation

重復(fù)采動(dòng)是指巖層和地表已經(jīng)受過一次開采的影響而產(chǎn)生移動(dòng)、 變形和破壞后， 再次開采使巖層和地表又受到采動(dòng)破壞，這種采動(dòng)稱為重復(fù)采動(dòng)[1]。長期以來，國內(nèi)外相應(yīng)專家對重復(fù)采動(dòng)引起山區(qū)地表移動(dòng)變形的研究由來已久[2，3]，但由于山區(qū)地表地形地貌不盡相同，特別是重復(fù)采動(dòng)對高陡斜坡地表的影響研究很少。本研究以實(shí)驗(yàn)礦區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況為基礎(chǔ)，利用數(shù)值模擬軟件分析各個(gè)煤層開采后其地表變形移動(dòng)特點(diǎn)及規(guī)律。

1 工程概況

實(shí)驗(yàn)礦區(qū)總體單斜構(gòu)造，地層傾角15～30°。區(qū)域內(nèi)有一斷層F2。礦井設(shè)計(jì)開采1#、2#、3#、4#煤層，采用聯(lián)合開拓，下行開采，由上至下逐區(qū)段布置回采工作面進(jìn)行回采。采煤方法為走向長壁后退式開采，全部垮落法管理頂板。

2 數(shù)值模型建立

2.1 模型材料參數(shù)的選取

本次數(shù)值模擬前未對實(shí)驗(yàn)礦井進(jìn)行煤巖物理力學(xué)參數(shù)測試，本模型采用的參數(shù)取自于相鄰礦井同一地層的參數(shù)，如表1所示。

2. 2 模型建立

根據(jù)試驗(yàn)礦區(qū)具體情況，建立模型長416.06m，高402.44m，其中，模型底部邊界固定，左右邊界水平方向固定。如圖1所示。

2.3 模型開挖順序

為了使得數(shù)值模擬的情況與現(xiàn)場實(shí)際更接近，數(shù)值模擬的開采順序采取與試驗(yàn)礦區(qū)實(shí)際情況一致：

建立模型→設(shè)置觀測線→初始力平衡計(jì)算→開采1號煤層→開采2號煤層→開采3號煤層→開采4號煤層→最終得出地表的變形破壞情況。

3 模擬結(jié)果及分析

3.1地表水平移動(dòng)

如圖2所示，隨著1、2、3、4號煤層的開采地表水平移動(dòng)量逐漸增大，而且每個(gè)煤層開采后的地表移動(dòng)曲線形態(tài)基本相同都呈現(xiàn)駝峰形態(tài)，地表水平移動(dòng)均是向山體內(nèi)移動(dòng)的，且第一峰值點(diǎn)（最大峰值點(diǎn)）靠近坡腳，而第二峰值點(diǎn)靠近斷層露頭。第一峰值分別為500mm、700mm、1200mm、1350mm，相鄰煤層開采后最大水平移動(dòng)值之間的最大差值為500mm。峰值點(diǎn)都位于坡腳附近即橫坐標(biāo)300米處。

水平移動(dòng)第二峰值分別為300mm、400mm、650mm、750mm，相鄰煤層開采后最大水平移動(dòng)值之間的最大差值為250mm。峰值點(diǎn)都位于斷層露頭處即橫坐標(biāo)125米處。

3.2 地表下沉

如圖2所示，隨著1、2、3、4號煤層的開采地表下沉逐漸增大，而且每個(gè)煤層開采后的地表下沉曲線形態(tài)基本相同都呈尖底形態(tài)，最大下沉值分別為500mm、650mm、1200mm、1400mm，相鄰煤層開采后下沉值之間最大差值為550mm，峰值點(diǎn)位于各煤層露頭附近即橫坐標(biāo)175m～225m之間。

由以上對比分析可知：

相鄰煤層開采后地表移動(dòng)峰值最大差值達(dá)550mm，這是由于1#煤層開采后上覆巖層已受到采動(dòng)影響發(fā)生斷裂、彎曲變形，而在3#煤層開采后，2#煤層與3#煤層之間巖層遭到嚴(yán)重破壞，失去承載能力，上覆巖層迅速冒落、彎曲、離層，受采動(dòng)引起的能量無法慢慢釋放，這就使得裂縫帶向外擴(kuò)展，移動(dòng)盆地巖層裂縫逐漸增大，從而引起采動(dòng)影響范圍增大[4]。同時(shí)，由于1#煤層開采后引起上覆巖層的垮落空隙和離層裂縫，在2#煤層與3#煤層采動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生裂縫閉合或者減小的現(xiàn)象，這就使得下沉值增大。

在靠近坡腳地表的水平移動(dòng)峰值差值最大，這是因?yàn)橐云履_為界，以下的地表受拉，以上的地表受壓。在受到重復(fù)采動(dòng)時(shí)坡腳巖層同時(shí)受到坡體向下的壓力所帶來的位移和受采動(dòng)引起的向采空區(qū)的位移。而受采動(dòng)影響的其他地表主要受到的是采動(dòng)引起的單一位移。

4 結(jié)論

由于地表形態(tài)不同導(dǎo)致重復(fù)采動(dòng)所帶來的地表移動(dòng)也不盡相同。根據(jù)以上分析可以得出如下結(jié)論：

①位于坡腳的水平移動(dòng)受重復(fù)采動(dòng)影響較大。

②下沉曲線形態(tài)仍具有山區(qū)地表特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]邸建友. 重復(fù)采動(dòng)對地表移動(dòng)變形的影響[J]. 礦山壓力與頂板管理.2000，（03）：74-75.

[2]王躍漢.重復(fù)采動(dòng)條件下覆巖下沉特性的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1995，（10）：471-475.

[3]姚邦華，周海峰，陳龍.重復(fù)采動(dòng)下覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，（09） ：443-446.

[4]陳永新.重復(fù)采動(dòng)條件下地表巖移規(guī)律觀測研究[J]. 礦山測量，2013，12（6）：33-35.

收稿日期：2017-04-25

作者簡介：張永琴（1978-），女，博士研究生，講師，研究方向?yàn)閹r石力學(xué)與工程。