三貴口鉛鋅礦礦柱回收對(duì)地表沉陷影響研究

王長(zhǎng)軍，盧磊芬，秦仕文，李 輝，溫嘉明，王新龍

（1.低品位難處理黃金資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 上杭 364204；2.紫金（長(zhǎng)沙）工程技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012；3.烏拉特后旗紫金礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015500）

0 引言

隨著礦產(chǎn)資源需求量急劇增加，以及礦山開(kāi)采程度不斷提升，因開(kāi)采造成的殘留礦柱回采問(wèn)題愈加突出[1-2]。得益于采礦技術(shù)及工藝水平不斷提高，礦柱回收已經(jīng)成為大多數(shù)礦山拓展發(fā)展空間、延長(zhǎng)生產(chǎn)年限的有效技術(shù)手段[3-5]。然而，殘留礦柱回采引起周?chē)鷰r體應(yīng)力變化，以及地表移動(dòng)沉陷的過(guò)程復(fù)雜多變，預(yù)測(cè)和控制因采動(dòng)造成的地表沉陷和災(zāi)害至關(guān)重要[6]。針對(duì)采礦活動(dòng)引起的地表沉陷問(wèn)題，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者從不同方面開(kāi)展大量的研究工作[7-8]。劉寶琛等[9]在隨機(jī)介質(zhì)理論模型的基礎(chǔ)上將概率積分法應(yīng)用到地下開(kāi)采引起的地表沉陷預(yù)測(cè)中，此方法仍是目前開(kāi)采沉陷預(yù)測(cè)的主要方法；何國(guó)清[10]提出了可預(yù)測(cè)開(kāi)采沉陷區(qū)非對(duì)稱(chēng)分布位移變化及下沉最大位移的威布爾預(yù)計(jì)法。同時(shí)，學(xué)者們還針對(duì)典型曲線法、概率積分法、剖面函數(shù)法等數(shù)學(xué)方法、理論模型在開(kāi)采引起地表沉陷及下沉預(yù)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究[11-14]。近年來(lái)，隨著數(shù)字化技術(shù)水平的快速發(fā)展，包括有限元法、離散元法和邊界元法等數(shù)值模擬方法逐漸應(yīng)用于礦山開(kāi)采地表沉陷等方面，并實(shí)現(xiàn)了地表變形沉陷規(guī)律及空間分布的精確預(yù)測(cè)，為前人研究中難以解決的問(wèn)題提供了新的思路[15-16]。目前，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)開(kāi)采引起的地表沉陷機(jī)理及規(guī)律進(jìn)行了一些研究，分析得到了影響地表沉陷的主要因素及方式，建立了預(yù)測(cè)函數(shù)模型，并根據(jù)研究成果進(jìn)行改進(jìn)，但是由于礦山開(kāi)采所引起的地表沉陷本身所具有的時(shí)間上和空間上多因素影響的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，為了更好地預(yù)測(cè)采動(dòng)引起的地表沉陷及控制沉陷災(zāi)害，上述地表沉陷預(yù)測(cè)模型仍需根據(jù)不同開(kāi)采環(huán)境和開(kāi)采條件進(jìn)一步深入研究。劉玉成[17]針對(duì)開(kāi)采引起的地表動(dòng)態(tài)沉陷及災(zāi)害預(yù)防控制問(wèn)題，結(jié)合彈性薄板的關(guān)鍵巖層理論建立地表下沉盆地的力學(xué)模型，通過(guò)改進(jìn)時(shí)間函數(shù)模型分析開(kāi)采過(guò)程中地表沉陷參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，分析結(jié)果與礦區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)相一致；楊曉玉等[18]針對(duì)概率積分法計(jì)算參數(shù)的選取存在的準(zhǔn)確性問(wèn)題，提出用穩(wěn)健遺傳算法進(jìn)行參數(shù)反演，解決了計(jì)算參數(shù)抗粗差能力差的問(wèn)題，保證了計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度；朱權(quán)潔等[19]基于D-InSAR 技術(shù)分別構(gòu)建了SAR 影響數(shù)據(jù)技術(shù)的分析方法和處理流程，以及礦區(qū)地表沉降預(yù)測(cè)模型，根據(jù)礦區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)工作面區(qū)域?qū)?yīng)的地表沉降規(guī)律進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該方法的可靠性，以及對(duì)開(kāi)采可能造成的地表沉陷危害預(yù)防提供支撐。

三貴口鉛鋅礦礦區(qū)內(nèi)礦石資源量豐富，礦體數(shù)量多，存在分支復(fù)合現(xiàn)象，且礦體厚度主要為緩傾斜中厚至厚礦體，空間產(chǎn)出關(guān)系復(fù)雜，屬于極難采類(lèi)型的礦體。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，裂隙發(fā)育，局部含水豐富，圍巖基本穩(wěn)固，礦體存在厚度、走向、傾向等變化大的特點(diǎn)。目前，三貴口鉛鋅礦采用分段空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行開(kāi)采，采場(chǎng)內(nèi)遺留大量不規(guī)則間柱和頂?shù)字瑖?yán)重制約礦山規(guī)?；a(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo)，采場(chǎng)內(nèi)遺留礦柱如圖1 所示。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦山630 m 中段及以上現(xiàn)存各類(lèi)礦柱84 個(gè)，地質(zhì)儲(chǔ)量共193.30 萬(wàn)t，其中，間柱地質(zhì)儲(chǔ)量162.50 萬(wàn)t，頂?shù)字刭|(zhì)儲(chǔ)量30.80 萬(wàn)t，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 礦山各中段礦柱分布情況Table 1 Distribution of pillars in each level

1 礦柱回收地表變形及沉陷規(guī)律

1.1 地表變形及沉陷基本原理

剖面函數(shù)法、典型曲線法、分布函數(shù)法和概率積分法等是預(yù)測(cè)地表變形及沉陷的常用方法。其中，概率積分法將顆粒介質(zhì)移動(dòng)看作隨機(jī)過(guò)程，又可稱(chēng)為隨機(jī)介質(zhì)理論法[20]。概率積分法在垂直于開(kāi)采斷面的方向開(kāi)采斷面為ds×1（寬×高，m×m）的無(wú)限長(zhǎng)條，開(kāi)采引起水平表面形成單元下沉盆地，如圖2 所示。

圖2 地下單元開(kāi)采引起的地表單元與下沉盆地及水平移動(dòng)曲線Fig.2 Surface units and subsidence basins and horizontal displacement curves due to underground unit mining

試驗(yàn)證明，地表單元下沉盆地曲線在形狀上與概率密度曲線相似，單元斷面開(kāi)采所引起的地表單元下沉表達(dá)式見(jiàn)式（1）。

式中，r為主要影響半徑，其值與覆巖層性質(zhì)和開(kāi)采深度有關(guān)。

采用概率積分法計(jì)算地表變形及沉陷范圍時(shí)，主要對(duì)開(kāi)采所引起的地表下沉量、地表傾斜值、地表曲率值變化、地表水平移動(dòng)以及地表水平變形等對(duì)地表移動(dòng)和變形沉降有重要影響的參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[21-23]。

1.2 預(yù)測(cè)計(jì)算參數(shù)選取

概率積分法在實(shí)際預(yù)測(cè)地表變形沉陷模型時(shí)主要涉及五個(gè)參數(shù)，體現(xiàn)了上覆巖層結(jié)構(gòu)、巖性、底層傾角、采礦方法、頂板管理辦法等因素的綜合影響[24-25]。

1）下沉系數(shù)。地表下沉系數(shù)的取值主要由采礦方法、采空區(qū)處理方法，以及上覆巖層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定。當(dāng)采用崩落周?chē)鷰r體來(lái)處理采空區(qū)時(shí)，因開(kāi)采引起上部巖層移動(dòng)與地表變形最為顯著，地表下沉系數(shù)一般取0.60～0.90；當(dāng)采用空?qǐng)龇A(yù)留礦柱來(lái)處理采空區(qū)時(shí)，其下沉系數(shù)一般取0.05～0.25；當(dāng)采用充填法處理采空區(qū)時(shí)，充填的存在降低了巖層下沉?xí)r間，下沉系數(shù)主要由采空區(qū)充實(shí)率決定，一般為0.05～0.50。同時(shí)，下沉系數(shù)和巖層剛度、堅(jiān)硬程度負(fù)相關(guān)，和巖層整體破碎程度也符合相同規(guī)律。

2）水平移動(dòng)系數(shù)。水平移動(dòng)系數(shù)的取值主要由地層傾角和上覆近地表地層的特性所決定。一般來(lái)說(shuō)，水平移動(dòng)系數(shù)和巖層傾角符合正相關(guān)，即巖層傾角越大，水平移動(dòng)系數(shù)越大；當(dāng)開(kāi)采近水平礦體時(shí)，水平移動(dòng)系數(shù)主要受表土層厚度和性質(zhì)兩個(gè)主要因素決定，即表土層流動(dòng)性越好，厚度越厚，該系數(shù)取值越大，一般為0.20～0.35。

3）主要影響角正切值。根據(jù)充分采動(dòng)條件下的巖層移動(dòng)及分布規(guī)律可知，地表移動(dòng)變形主要集中發(fā)生于開(kāi)采區(qū)域邊界上方，圈定的影響半徑則為變形的主要范圍。該系數(shù)隨上覆巖層堅(jiān)硬程度增加而減小，一般取值范圍在1.5～3.5。

4）開(kāi)采影響傳播角。開(kāi)采影響傳播角θ取值主要由上覆巖層性質(zhì)和巖層傾角所決定，用于表征不同巖層特征開(kāi)采條件下下沉盆地向下山方向偏移程度，且?guī)r層傾角越大，開(kāi)采影響傳播角越小。

5）拐點(diǎn)偏移距。拐點(diǎn)偏移距的取值主要取決于上覆巖層的特性和埋深，反映了下沉曲線上拐點(diǎn)在所在礦體平面上偏離開(kāi)采邊界的距離。巖層傾角為近水平時(shí)，最大下沉拐點(diǎn)處于開(kāi)采區(qū)域的上方，且隨開(kāi)采巖層傾角的變化偏移逐漸偏離開(kāi)采區(qū)域。

三貴口鉛鋅礦礦區(qū)內(nèi)礦巖及主要圍巖的單軸抗壓強(qiáng)度介于35～45 MPa 之間，普氏系數(shù)為3.5～4.5，覆巖類(lèi)型為中硬，多數(shù)礦柱深度介于400～550 m 之間（取450 m），礦體傾角取45°。經(jīng)實(shí)測(cè)研究，結(jié)合巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及采空區(qū)、礦柱參數(shù)，并基于類(lèi)比法和公式法得出的概率積分法進(jìn)行預(yù)測(cè)，所需的主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 概率積分法相關(guān)參數(shù)取值Table 2 Values of related parameters of probability integral method

1.3 地表變形沉陷范圍計(jì)算

針對(duì)表1 中礦山各中段礦柱分布情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果，基于面積承載理論計(jì)算三貴口鉛鋅礦630 m 及以上中段礦柱安全系數(shù)F，見(jiàn)式（2）。

式中：Sp為礦柱強(qiáng)度，MPa；σp為礦柱平均應(yīng)力，MPa；SL為礦柱的抗壓強(qiáng)度，MPa；W0為礦房寬度，m；Wp為礦柱寬度，m；γ為上覆巖層巖石容重，kN/m3；z為礦柱埋藏深度，m；h為礦柱高度，m；α為常數(shù)，其取值與礦柱的寬高比i有關(guān)，當(dāng)i＞5 時(shí)，α=1.4，當(dāng)i≤5，α=1.0。

基于安全系數(shù)法評(píng)價(jià)待回收區(qū)域84 個(gè)不規(guī)則礦柱的穩(wěn)定性分級(jí)結(jié)果，如圖3 所示。根據(jù)安全系數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)安全性等級(jí)為Ⅰ的39 個(gè)礦柱進(jìn)行開(kāi)采，各中段礦柱回收結(jié)果具體見(jiàn)表3。由表3 可知，由于目前礦山采用空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采，每個(gè)采場(chǎng)留頂柱、間柱，加之礦山廢石充填進(jìn)度較慢，使得回采結(jié)束的采空區(qū)遲遲未充填，造成大量的井下采空區(qū)，且隨著時(shí)間的延續(xù)及下部中段礦體的回采，上部礦柱的回采條件逐漸變差，導(dǎo)致礦柱整體回收率僅為46.43%；同時(shí)，隨著回采深度的加深，礦柱所受地應(yīng)力的影響效應(yīng)更加明顯，導(dǎo)致部分礦柱風(fēng)險(xiǎn)加大，嚴(yán)重影響回采過(guò)程中的安全性，在深部礦柱回收的過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)礦柱周?chē)€(wěn)定性監(jiān)測(cè)及預(yù)警措施。

表3 礦山630 m 及以上中段礦柱回采方案Table 3 Pillar recovery scheme for each level above 630 m

圖3 基于安全系數(shù)評(píng)價(jià)法的礦柱穩(wěn)定性分級(jí)結(jié)果Fig.3 Pillar stability grading results based on safety coefficient evaluation method

結(jié)合表2 概率積分法相關(guān)參數(shù)取值結(jié)果和礦山630 m 及以上中段礦柱回收方案，得出地表變形沉陷影響因素計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表4。

表4 地表變形沉陷主要影響因素計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of major influential factors of surface subsidence

由表4 可知，地表最大傾斜、地表最大曲率均在地表構(gòu)建筑物的變形控制要求范圍之內(nèi)，且其他參數(shù)均小于下沉量的影響范圍[26]。

圖4 為基于概率積分法計(jì)算的地表移動(dòng)盆地范圍圖。由圖4 可知，隨著三貴口鉛鋅礦630 m 及以上中段礦柱自上而下進(jìn)行回收，所引起地表最大下沉量為24.4 mm，且最大下沉量位于礦柱集中區(qū)域，該位置上方地表沉陷最為嚴(yán)重，但未達(dá)到引起地表沉陷災(zāi)害的范圍，并確定地表移動(dòng)盆地邊界x坐標(biāo)：422 125～423 525、y坐標(biāo)：4 553 322～4 554 450（圖4圈定范圍）；同時(shí)，確定地表最大傾斜i0、地表最大曲率值K0、地表最大水平變形值ε0分別為0.114 mm/m、0.000 81 mm/m2、0.052 17 mm/m，均小于采礦相關(guān)規(guī)定的礦床開(kāi)采時(shí)地表位移與變形沉陷的允許值，使地下開(kāi)采對(duì)地表造成的影響控制在合理范圍之內(nèi)。

圖4 基于概率積分法計(jì)算地表移動(dòng)盆地范圍Fig.4 The range of surface subsidence basin based on probability integral method

2 數(shù)值模擬及地表變形沉陷分析

2.1 模型建立及模擬方案

數(shù)值模擬主要以三貴口鉛鋅礦630 m 中段及以上區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象。由于礦體的幾何形態(tài)極其復(fù)雜，對(duì)不規(guī)則礦體應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，并將簡(jiǎn)化后的模型利用前處理軟件建立采空區(qū)、礦柱及礦體地質(zhì)模型，并對(duì)各中段采空區(qū)、礦柱等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，最終建立的模型如圖5 所示。

圖5 FLAC3D 數(shù)值模擬計(jì)算模型Fig.5 Numerical simulation model of FLAC3D

采用Mohr-Coulomb 本構(gòu)模型，且僅考慮自重作用，礦柱回收范圍之外的其他特殊地質(zhì)體的影響則不考慮。同時(shí)，設(shè)置邊界約束條件為：模型四周節(jié)點(diǎn)約束水平位移；模型底部所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行垂直位移約束；模型上部地表設(shè)置為自由表面。數(shù)值模擬過(guò)程采用自上而下依次回采，即從880 m 中段向630 m 中段逐步進(jìn)行回收處理。

2.2 地表沉陷范圍及結(jié)果分析

2.2.1 地表下沉結(jié)果分析

當(dāng)?shù)叵麻_(kāi)采引起上覆巖層變形傳遞到地表時(shí)，原有地面標(biāo)高將沿著某一中心發(fā)生方向豎直向下沉降，并逐漸形成大于采空區(qū)的下沉區(qū)域，該區(qū)域范圍即下沉盆地。下沉盆地中地表點(diǎn)的下沉量為地表移動(dòng)向量的垂直分量，反映地表點(diǎn)在垂直方向的變化量。圖6 為礦柱回收后的地表下沉等值線及下沉盆地范圍圈定圖。由圖6 可知，下沉等值線最大下沉點(diǎn)位于礦柱及采空區(qū)密集位置，且地表最大下沉量為36 mm，略大于概率積分法計(jì)算所得的最大下沉量24.4 mm，數(shù)值模擬與理論計(jì)算趨勢(shì)變化基本相符。受到礦柱回收的影響，地表移動(dòng)沉陷趨勢(shì)平穩(wěn)過(guò)渡，未出現(xiàn)急劇變化的現(xiàn)象，表明回采過(guò)程中地表一致處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 地表沉陷等值線及下沉盆地圈定Fig.6 Surface subsidence contour line and subsidence basin delineation

圖6（a）等值線圖中下沉量為10 mm 的地表點(diǎn)所形成的邊界曲線為下沉盆地邊界。圖6（b）為下沉盆地圈定范圍。由圖6（b）可知，下沉盆地為沿空區(qū)和礦柱分布的不規(guī)則橢圓形，區(qū)域范圍為x方向：422 125～423 550、y方向：4 553 330～4 554 472，該區(qū)域范圍與理論計(jì)算結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了理論計(jì)算與數(shù)值模擬結(jié)果的一致性。

2.2.2 地表水平移動(dòng)和變形結(jié)果分析

圖7、圖8 分別為地表水平移動(dòng)和水平變形的數(shù)值模擬結(jié)果。由圖7（a）可知，地表x方向（傾向）水平位移大致沿礦體走向?qū)ΨQ(chēng)分布，兩側(cè)各形成水平位移中心，東西兩側(cè)水平位移最大數(shù)值均為8 mm，西側(cè)為正、東側(cè)為負(fù)，整體向遠(yuǎn)離礦柱和采空區(qū)的區(qū)域偏移，符合礦柱開(kāi)采特征規(guī)律。由圖7（b）可知，地表y方向（走向）水平位移大致沿礦體傾向?qū)ΨQ(chēng)分布，兩側(cè)各形成水平位移中心，南北兩側(cè)水平位移最大數(shù)值分別為12 mm 和8 mm，南側(cè)為正、北側(cè)為負(fù)，整體也向遠(yuǎn)離礦柱和采空區(qū)的區(qū)域偏移。

圖7 地表水平移動(dòng)數(shù)值模擬等值線圖Fig.7 Numerical simulation contour line of surface horizontal movement

圖8 地表水平變形數(shù)值模擬等值線圖Fig.8 Numerical simulation contour line of surface horizontal deformation

由數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可知，三貴口鉛鋅礦礦柱待回收區(qū)域整體水平位移較小，略大于概率積分法計(jì)算所得的最大水平移動(dòng)理論值，數(shù)值模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果大致相符。由于礦柱回收與采空區(qū)的存在，地表對(duì)應(yīng)680 m 中段、730 m 中段、780 m 中段礦柱密集處的水平位移等值線密度較大，但由于水平位移值較小，地表最大下沉點(diǎn)位置變化不大。

由圖8 可知，x方向水平變形εx隨該方向處水平移動(dòng)值Ux變化，沿走向存在2 條0 變形值線，0 變形值線周?chē)阶冃畏较蛳喾矗渥畲笾禐?.000 23 mm/m；而y方向水平變形εy隨該方向處水平移動(dòng)值Uy變化，沿傾向存在2 條0 變形值線，0 變形值線周?chē)阶冃畏较蛳喾?，其最大值?.000 80 mm/m。由地表水平變形模擬結(jié)果可知，通過(guò)回收穩(wěn)定性分級(jí)結(jié)果為Ⅰ級(jí)礦柱方案，地表變形沉陷區(qū)域的水平變形遠(yuǎn)小于地表的安全臨界值；同時(shí)，模擬結(jié)果表明水平變形在礦柱回收過(guò)程中發(fā)展較為穩(wěn)定，回采結(jié)束后地表移動(dòng)盆地范圍內(nèi)的水平變形逐漸趨于穩(wěn)定。

2.2.3 地表傾斜及曲率分析

圖9、圖10 分別為地表傾斜數(shù)值模擬結(jié)果和地表曲率數(shù)值模擬結(jié)果。由圖9 可知，地表傾斜ix曲線等值線與iy曲線等值線隨水平移動(dòng)曲線變化，其中，ix曲線沿礦體走向?qū)ΨQ(chēng)，在近礦柱、采空區(qū)處上方地表出現(xiàn)極值，西側(cè)極小值為-0.000 1 mm/m，東側(cè)極大值為0.000 1 mm/m；iy曲線沿礦體傾向?qū)ΨQ(chēng)，在近礦柱、采空區(qū)處上方地表出現(xiàn)極值，北側(cè)極大值為7×10-5mm/m，南側(cè)極小值為-9×10-5mm/m。結(jié)合下沉量等值線及傾斜等值線可知，礦柱回采后地表沿10 mm 下沉量等值線形成下沉盆地，且盆地傾斜率較小，較為平緩。模擬結(jié)果表明，地下礦柱回收及采空區(qū)的處理方案所引起的地表傾斜不會(huì)對(duì)地表造成影響，圈定的范圍能夠?yàn)楣こ烫峁┲巫饔谩?/p>

圖9 地表傾斜值數(shù)值模擬等值線圖Fig.9 Numerical simulation contour line of surface tilt value

圖10 地表曲率值數(shù)值模擬等值線圖Fig.10 Numerical simulation contour line of surface curvature value

由圖10 可知，研究范圍內(nèi)地表點(diǎn)曲率Kx基本接近于0，僅部分位置處（礦柱、采空區(qū)密集處）出現(xiàn)數(shù)量級(jí)為10-6mm/m2的曲率極值；而研究范圍內(nèi)地表點(diǎn)曲率Ky基本接近于0，僅部分位置處（礦柱、采空區(qū)密集處）出現(xiàn)數(shù)量級(jí)為10-6mm/m2的曲率極值。結(jié)合圖9（a）和圖9（b）可知，曲率Kx和曲率Ky的極值位置和數(shù)量級(jí)基本重合，均為礦柱、采空區(qū)密集處。模擬結(jié)果表明，地表曲率變形值遠(yuǎn)未達(dá)到研究范圍規(guī)定的臨界值，充分說(shuō)明在礦柱回采期間所引起的巖層移動(dòng)及地表沉陷處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)因礦柱回收而對(duì)地面構(gòu)筑物產(chǎn)生較大影響。

由數(shù)值模擬結(jié)果可知，與概率積分法計(jì)算結(jié)果相比，數(shù)值模擬的下沉量和水平移動(dòng)值基本一致，且二者所確定的地表影響范圍也大致相同；而數(shù)值模擬中傾斜、曲率和水平變形相對(duì)于理論分析結(jié)果則較小，但都處于規(guī)定的合理范圍之內(nèi)，不會(huì)因礦柱回收產(chǎn)生較大的地表變形沉陷。

3 結(jié)論

研究三貴口鉛鋅礦630 m 中段及以上礦柱回收后覆巖及地表的變形及沉陷規(guī)律，利用概率積分法和FLAC3D軟件分析預(yù)測(cè)地表的變形及沉陷分布情況，綜合地表下沉量、水平移動(dòng)、傾斜、曲率、水平變形等評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)研究礦柱回收對(duì)地表的沉陷影響，主要結(jié)論如下所述。

1）采用概率積分法計(jì)算地表理論位移變形結(jié)果：地表最大下沉值W0=24.4 mm；地表最大傾斜值i0=0.114 mm/m；地表最大曲率值K0=±0.000 81 mm/m2；地表最大水平移動(dòng)值U0=7.32 mm；地表最大水平變形值ε0=0.052 17 mm/m，均在相關(guān)規(guī)范要求的合理范圍之內(nèi)。

2）采用FLAC3D模擬分析礦柱回采后地表的位移變形，數(shù)值模擬結(jié)果顯示地表最大下沉量為36 mm，位于采空區(qū)及礦柱回收密集區(qū)域上方地表，且該區(qū)域水平移動(dòng)也符合相同規(guī)律；地表傾斜ix曲線與iy曲線隨水平移動(dòng)曲線變化，分別沿礦體走向和傾向?qū)ΨQ(chēng)，且均在近礦柱、采空區(qū)處上方地表出現(xiàn)極值；地表點(diǎn)曲率基本接近于0，僅礦柱、采空區(qū)密集處出現(xiàn)數(shù)量級(jí)為10-6mm/m2的極值點(diǎn)；水平變形在x方向、y方向隨水平移動(dòng)值而變化，最大值分別為0.000 23 mm/m 和0.000 80 mm/m。

3）結(jié)合概率積分法與數(shù)值模擬結(jié)果可知，理論和模擬的結(jié)果中地表下沉量和水平移動(dòng)值基本一致。理論計(jì)算或數(shù)值模擬中地表最大傾斜遠(yuǎn)小于1 mm/m、最大曲率遠(yuǎn)小于0.05 mm/m2、最大水平變形遠(yuǎn)小于1 mm/m，都處于規(guī)定的合理范圍之內(nèi)，不會(huì)因礦柱回收產(chǎn)生較大的地表變形沉陷造成地表塌陷等災(zāi)害的發(fā)生。