采矿引起的构造应力场变动与地表开裂的关系.pdf

采矿引起的构造应力场变动与地表开裂的关系.pdf281 西安科技大学学报 V0128
20083 JOURNAL 7AN UNnRSnY SCIENCE AND TECHNOI JcIGY Mar2008
文章编号:———
采矿引起的构造应力场变动与地表开裂的关系
马崇武顺亢,慕青松缣斓
.东莞理工学院建筑工程系,广东东莞;贾荽笱聊竟こ逃肓ρаг海仕嗬贾
摘要:青藏高原的持续隆起,从西南方向挤压中国大陆板块,决定了金川矿区的地应力水平和
分布特征,所以构造应力和断层分布,以及采矿扰动,是影响金川矿区稳定性的关键因素。在考
虑水平最大构造主应力作用的基础上,建立了平面应变弹塑性有限元模型,用于模拟研究金川三
矿区一号矿体在采矿过程中地表附近岩体应力状态的变化过程。模型半定量地给出了地表开裂
的力学原因,并对地表裂缝的进一步发展作了预测。模拟得到的地表开裂时间和地表裂缝分布
的范围均与实际情况相符。基于此模型,进一步研究了回采水平矿柱对矿体稳定性的影响。
关键词:平面应变;地表裂缝;弹塑性;构造应力
中图分类号: 325+2 A
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金川镍矿位于甘肃省金昌市,是我国的大型镍钴生产基地。矿区位于北部阿拉善地台与南部祁连山
加里东褶皱带河西走廊过渡带之间的龙首山断块之中¨’!
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持续隆起的青藏高原从西南方向对中国大陆板块的挤压作用,决定了金川矿区地应力场和断裂构造
的基本特征。矿区构造应力场为三向受压应力场,最大水平主应力方向北偏东,最小水平主应力方向东
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性主要为混合岩、大理岩、片岩及片麻岩等,岩层主要构造节理的走向为北西或北西西,多向南倾斜,性质
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1600 娇矶茸畲 m98m
1300 挥诳筇宓闹胁坑肷畈浚筇宥ゲ渴瞧犊笫细灿 m
300m
二矿区地下出现越来越大的采空区域,矿区应力场和变形场也处于连续的变动调整之中。采空区域中的
充填体密度小、空隙大、刚度低,使得上覆岩层发生了显著的变形和沉陷,结果在一号矿体上方出现了大
量的地表裂缝。这些裂缝有多深欠窕嵫匮沂诶砻娣较蚋椿罟嵬ㄖ贝锏夭闵畲会不会对矿山的
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全生产有着重要的现实意义。本文在考虑最大水平构造主应力的基础上,以一号矿体为研究对象,忽略
较远处二号矿体的影响,应用有限元程序模拟研究了地表裂缝形成和发展的全过程,并重点关心了地表
裂缝形成的原因及地表裂缝未来的发展趋势。
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·收稿日期:一一责任编辑:杨忠民
(200402A)
作者简介:马崇武。男,甘肃甘谷人,博士,副教授,主要从事地质灾害、环境与工程中的力学问题研究
l 马崇武等:采矿引起的构造应力场变动与地表开裂的关系
地表裂缝
二矿区地表裂缝区位于一号矿体上方,大多在矿体西南侧分布㈨。主裂缝集中出现的位置大概在离
500111
(1)1200,垂
直于行线的不规则线为裂缝分布。
剖面选取
通过对金川二矿区地表裂缝分布的实地考察,发现行
(1)
中,且行线剖面处于矿体的中间部位,适合利用平面应变
14(2)
便,定义矿体的西南方向为左边,矿体的东北方向为右边,戈轴
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6 500 7 000 7 8 000 8 500
m
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几何模型
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