GEOFLUIDS Geofluids 1468 - 8123 1468 - 8115 Hindawi 10.1155 / 2020/2854187 2854187 研究文章 运动规律之间的关系的覆盖层和时间空间采空区体积 余 香 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 4813 - 9258 赵 康 1 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 2361 - 5262 王 清 1 杨ydF4y2Ba Yajing 1 张 Yongjun 3 王 Junqiang 2 Taddia 格伦达 1 建筑与测绘科学与技术学院工程 江西科技大学 赣州341000 中国 jxust.edu.cn 2 Lingbao金源矿业有限公司 Lingbao 472500 中国 3 土木工程学院 青岛科技大学 青岛266033年 中国 qtech.edu.cn 2020年 27 3 2020年 2020年 06 08年 2019年 02 01 2020年 06 02 2020年 27 3 2020年 2020年 版权©2020项羽et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

运动的研究和准确预测岩体上覆岩层和地表沉陷在金属矿山安全生产至关重要。本研究探讨覆岩层的运动规律之间的关系和时间空间的采空区体积利用岩石破裂过程分析系统(RFPA)。此外,运动、变形和失败的法律覆盖地层在不同位置检查当采空区体积一定的失败行为覆盖层。本研究分析了覆岩层相对的异同。结果表明,无论运动范围或上覆岩体的沉降值,观察它们之间的幂函数关系,工作面进步。设置方程表明,上覆岩体的范围是很重要的,当一定的比例位置距离屋顶工作面距离很小。结果提供参考控制上覆岩体的位移和处理采空区。

 大学生创新与创业训练计划 XS2018-S012 江西省教育部门的科学和技术 GJJ160592 江西省科学技术部门 20143 acg70010 20161 bbg70075 中国国家自然科学基金 51764013 1。介绍

围岩的3 d应力平衡是被地下采矿和隧道开挖 1, 2),可以很容易地导致上覆岩层运动,地表沉陷,甚至崩溃 3]。锻炼区域的崩溃可以严重威胁安全生产,影响地表建筑物和环境( 4]。目前,覆岩层运动理论主要包括“三个区域,“关键层板,砌体梁理论( 5, 6]。数值模拟的主要方法包括概率积分,类似的模型,随机介质,和神经网络预测 7- - - - - - 9]。许多研究煤层运动与满足应用程序是可用的( 10, 11]。金属矿山开采沉陷机理与断裂的块状岩体不同于一个煤矿层状岩体。在金属矿山岩体具有典型的非齐次和不连续self-stressed block-hierarchical结构由于矿体的形态、地质结构,金属矿山采矿方法不同于那些在煤矿 12, 13]。覆盖层的沉降突然金属矿山,及其沉降,如坑和管状或漏斗崩溃,崩溃是不连续的。然而,煤矿沉陷变化非常缓慢( 14, 15]。因此,煤岩层的运动理论应用到金属矿山是不合适的。因此,研究金属矿山的上覆岩层运动机制是至关重要的。

目前,国内外学者已经创建了大量的理论和经验研究从不同角度上覆岩层运动和获得了一定的成就 16- - - - - - 20.]。然而,研究mined-cavity卷的时间空间运动规律的基础上覆岩层是有限的。的基础上确定引用( 21),在金属覆盖层的稳定性分析了采矿系统通过使用岩体破坏过程的数值模拟分析软件岩石破裂过程分析系统(RFPA) ( 22, 23]。从定量分析的角度,研究了金属矿山岩层运动的特点,以及上覆岩体运动之间的公式和不同位置的工作面推进采空区。这个公式提供了一个新的计算方法上覆岩体运动。

 2。模型建立和参数设置

基于实际工程( 21),黄金矿业的背景500矿体深度、下降水平附近,矿体厚度接近5米和90米矿体长度。该地区主要由粉质粘土和碎石。覆盖层包含几个粉碎区。发生是稳定的,结构很简单,也就是说,它的屋顶由砂质粘土和几个泥岩、页岩和底部由砂质粘土和页岩。本研究主要探讨上覆岩体的破坏过程采用平面应变模型。计算模型位于150沿着水平方向,垂直方向150米,有一个5米矿体厚度、一个35米的矿体边界越低,和30米远左右边界。模型见图 1和 2。重力应力函数模型在垂直方向和大小。因此,7 MPa压力必须应用于垂直方向。根据实测地应力数据,2 MPa压力是应用于水平方向结合该矿的地质特征和构造应力。的模型参数是随机分配的,平均弹性模量,和其他物理参数设置按照岩石的力学性能来模拟复杂的金属矿山的地质赋存条件准确。参数见表 1和 2。研究上覆岩体的动态破坏规则的条件下,矿石开采过程是由使用分步开挖模型,和每一步是10米。

计算模型。

力学模型。

边界条件和采矿参数。

控制条件 X 方向的压力 模拟构造应力 2电影 负载类型 平面应变
Y 方向的压力 覆盖岩体重力 7 MPa 强度准则 Mohr-Coulomb标准
模拟采矿 矿体上边界的距离(米) 110年 厚度(m)工作 5
每一步挖掘长(米) 10 总挖掘步骤/步骤 9

模型的物理力学参数。

岩石类型 弹性模量(MPa) 单轴抗压强度(MPa) 体积密度(kN / m3) 泊松比 内部摩擦(°)
桑迪的石头 10000年 90年 25 0.25 30.
页岩 15000年 One hundred. 28 0.24 35
粉砂岩 5000年 20. 22 0.3 30.
泥岩 2000年 10 20. 0.3 25
粉质粘土和碎石 1000年 2 14 0.35 20.
3所示。覆盖层失败的结果分析

采空区顶板产生微裂隙和零星的屈服前工作面进步到50米。明显的微裂缝、传播和部分零星崩溃时观察到屋顶上的工作面进步50米,长度5米,拱的形状。结果如图 3和 4。继续扩张破裂并导致周期性屈服与采空区体积的增加。开采结束后,上覆岩体不再崩溃,只有零星的屋顶上面会出现屈服。裂缝的出现在覆岩的内部不继续连接,从而表明不存在一个大崩溃的覆岩内部的区域,但塑性区继续扩大。

破坏屋顶的条件。

声发射分布。

本节研究地层位移和变形通过定量分析在不同的位置。我们在覆盖层(即监控不同位置。,5,10,20.,30.,50,和80年 m away from the roof) to investigate the displacement and deformation in the process of mining damage in different positions of the overlying rock mass. Given the proportion relationship between the ore body trend, mining length, and average mining depth, this study investigates the laws of overburden movement and failure of metal mines under the condition of nonfull mining.

图 5(一个)说明了位移变化之间的关系,5米距离的屋顶覆盖层和工作进步。结果表明,锻炼的范围面积增加,工作面长度。岩体的沉降范围,5米的距离屋顶,逐渐增加。上覆岩体的沉降过程逐渐改变在工作面前进步到40米。上覆岩体位移很小。因此,略微发生了突变,从而表明少量的断裂发生在岩石材料,和上覆岩层位移的变化是有限的岩石材料分子本身的体积变化。图 5(一个)也表明,最大沉降值是2.17毫米,和沉没范围是20毫米当工作面推进到10米。最大沉降值是12.03毫米,沉没范围大约是20毫米当工作面发展到30米。所有这些观察结果表明,没有重大故障和合并发生在上覆岩体。当工作面推进40 - 50 m,沉降曲线显示了一个变异趋势,特别是当工作面推进到50米。“尖角”曲线观察,和最大沉降达到34.32毫米。结果表明,上覆岩层岩石材料本身有许多分子破坏。此外,裂纹合并和交互可能诱发突变。沉降曲线一直在打断了60到90之间的工作面,从而表明崩溃发生5米离屋顶。沉降范围随工作面推进。总的来说,大型沉降和突变引起的上覆岩层中裂隙和上覆岩体内聚结。

(一)屋顶距离5米。屋顶(b)距离10米。(c)距离屋顶20米。屋顶(d)距离30米。屋顶(e)距离50米。屋顶(f)距离80米。

图 5 (b)描述位移变化之间的关系和一个10米的距离从屋顶覆盖层和工作面进步。沉陷在5米的范围值覆盖屋顶的距离随工作面推进。当工作面推进50米,沉降曲线是渐进的,因此这意味着上覆岩层并没有导致洞裂纹,和岩石材料的失败和运动产生很大的位移。这一现象表示,没有崩溃发生在覆盖层。沉降曲线时打断了工作面进步从60米到90米,从而标志着一个崩溃的发生。然而,中断的时间间隔小于演示图 5(一个)。当工作面推进到60 m,屈服的长度变得10和20米和5米的距离屋顶,相应。工作面进步到90米时,探洞长度变成11和22毫米,10到5毫米的距离屋顶,分别。地层沉降在10米小于5米。

图 5 (c)展品范围和上覆岩体沉降值,20米离屋顶,增加与工作面推进。此外,地层沉降曲线逐渐变化。因此,岩石的内部材料不会产生大的断裂和屈服前工作面进步到80米。下沉曲线是连续的,直到工作面进步到90米。此外,多线生产,从而表明岩石覆盖的内部材料断裂和小位移的寿命不足断裂和屈服。此时,最大沉降值达到62.82毫米,这是屈服区域的临界点。

图 5 (d)显示位移变化之间的关系与一个30米距离的屋顶覆盖层和工作面推进。沉降的范围和价值在覆盖层屋顶50米距离逐渐增加与工作面推进。尽管沉降曲线,作为一个整体,是连续的,曲线流畅的20米的距离屋顶。这个发现显示了上覆岩体中缺乏直接的,但依然有一些材料内部的损伤,从而影响其本地下沉位移。此时的最大下沉量是58.83毫米。

图 5 (e)向位移变化之间的关系呈现了一个50米的距离从屋顶覆盖层和工作面进步。与工作面推进,沉降的范围和价值50米距离的屋顶上覆岩体逐渐增加。图 5 (e)还说明了覆岩的沉降曲线光滑,从而表明没有大的上覆岩层裂隙带50米从顶部的屋顶矿体开采的开始到结束。此外,材料内部的裂缝只存在,从而表示,该区域属于塑性区。声发射和覆岩破裂图在这个地区没有表现出一个大断裂,和一个声发射聚集成核。最后,矿体开采沉陷是53.46毫米。

图 5 (f)表明沉降曲线是线性的前80米从屋顶工作面进步到80米,从而暗示这个领域是有弹性的。最小的声发射信号表明岩石材料内部的一个轻微的破裂的发生。沉降曲线向下弯曲的趋势,从而表明几个材料分子被毁。覆盖层可以产生一个小位移和48.71毫米的最大沉降值,表示一个塑料地区。

上述图表描述以下法律表土的失败和通过垂直和水平位移的比较。

因此,我们可以分析,得出以下结论在一定位置覆盖层:沉降值和运动范围的上覆岩体逐渐增加与工作面推进。最大沉降曲线顶点逐渐走向工作面推进的方向。

此外,我们可以分析得出以下结论,当工作面发展是肯定的:沉降值和运动范围的上覆岩体与距离的增加减少屋顶。沉降曲线的斜率变化顶点反映沉降的速度值变化在一个明确的定位。沉降值和斜率变化率很大时,变化也是相当大的。中断曲线反映了崩溃的发生。中断的水平距离表示屈服区域的大小。相同条件下工作面长度、中断的高水平距离表明,采空区顶板附近,和面积大。

 4所示。函数构建和讨论

图 6展品之间的比率关系中的沉降值覆盖层的不同位置和工作面长度调查沉降之间的关系和运动范围不同的上覆岩体的位置。根据拟合曲线在不同条件下,工作面距离和沉降的模型建立了覆盖层的不同位置。之间的幂函数关系不同位置沉降和覆盖层是显而易见的。幂函数可以表示为 y = 一个 x b 。参数如表所示 3。

沉降的关系和距离比屋顶和工作面推进。

沉降比工作面进步。

屋顶的距离(米) 系数 一个 系数 b 相关系数 R 2
5 -0.52 -1.83 0.97
10 -1.94 -1.56
20. -4.24 -1.72
30. -7.19 -1.82
50 -14.86 -2.03
80年 -34.57 -1.98
平均值 -10.55 -1.82

因此,最终的曲线方程可以表示成 y = 10.55 x 1.82 。

一个小比例的位置距离屋顶覆盖层和工作面发展表明大型沉降图。通过分析曲线和方程 7。比例趋于0时,沉降趋于无穷。这个结果与实际监测数据是一致的。崩溃不会产生数据和最终沉降量不能监控。很大的比例从某个位置的距离采空区屋顶和工作面推进意味着相当大的屋顶或一个小的距离采空区体积和一个小覆岩层下沉。表土地层时不要移动位置到达无穷或不是一个采空区。

沉降拟合关系,距离比屋顶和工作面推进。

数据 8和 9显示之间的关系覆岩层运动范围和工作面推进。这种关系类似于地层沉降的规律。这些因素之间的幂函数关系是通过数据分析观察到的。方程可以表示为 y = 一个 x b 。参数如表所示 4。

关系运动范围和比例距离的屋顶和工作面推进。

拟合关系的运动范围和比例距离屋顶和工作面推进。

动作幅度比工作面进步。

屋顶的距离(米) 系数 一个 系数 b 相关系数 R 2
5 10.28 -0.88 0.99
10 16.11 -0.88
20. 24.29 -0.95
30. 28.60 -1.05
50 39.77 -1.16
80年 50.07 -1.9
平均值 28.19 -1.14

因此,最终的曲线方程可以表示成 y = 28.19 x 1.14 。

结果表明,当位置距离的比值屋顶工作面小,地层运动的范围是广泛的。尤其是上覆岩体靠近屋顶或相对较大的采空区体积可以大大影响地层运动。地层运动的范围很小的比例距离屋顶和工作面很大。当达到无穷大或没有采空区时,上覆岩层不动。

 5。结论

表土中的某些位置,沉降值和采场覆岩运动范围与发展逐步提高工作面采空区体积的增加逐渐。最大沉降曲线的顶点逐渐走向工作面推进的方向。

当工作面推进一定时,动作幅度和沉降值与增加减少监测距离屋顶。沉降曲线断点反映这个领域的崩溃。中断的水平距离表示屈服区域的大小。相同条件下工作面长度、高水平距离的中断表示关闭屋顶区域显示一个大崩溃

不管沉降或运动范围的覆盖层,所有的沉降或运动范围和工作面推进执行幂函数关系( y = 一个 x b )。覆盖地层沉降和工作面推进满足幂函数关系如下: y = 10.55 x 1.82 。覆岩层运动范围和工作面推进满足幂函数关系如下: y = 28.19 x 1.14

地层运动的范围广泛的比例位置距离屋顶和工作面进步很小。当的比例位置距离屋顶和工作面大,地层运动演示了一个小范围之内。表土地层无穷时不要移动或不吐唾沫

数据可用性

测试数据用于支持本研究的结果包括在本文中。读者可以获得数据支持研究结果从测试数据表。

 的利益冲突

无利益冲突存在的提交手稿,手稿和批准所有作者出版。我想声明代表我的合著者描述的工作是原始研究没有发表之前,而不是在考虑发表在其他地方,在全部或部分。列出的所有作者已经批准了手稿,是封闭的。

 确认

支持的研究国家自然科学基金(51764013)、科技支持计划项目的江西省科学技术厅(批准号20161 bbg70075, 20143 acg70010),科学和技术的主要研究项目的江西省教育部门(批准号GJJ160592),本科生创新与企业家精神的培训项目(批准号XS2018-S012)。真诚感谢帅曹博士给出技术指导在这个手稿。

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