重復采動對陡急斜坡地表變形破壞影響數值分析

摘 要：以試驗礦區實際地質資料為基礎，采用UDEC軟件對多煤層開采后陡急斜坡地表移動變形進行模擬研究，獲得了重復采動對陡急斜坡地表移動規律，對類似礦井多煤層開采活動具有一定的借鑒作用。

關健詞：地下開采；陡急斜坡；地表移動變形

中圖分類號：P427.2+3 文獻標識碼：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

重復采動是指巖層和地表已經受過一次開采的影響而產生移動、 變形和破壞后， 再次開采使巖層和地表又受到采動破壞，這種采動稱為重復采動[1]。長期以來，國內外相應專家對重復采動引起山區地表移動變形的研究由來已久[2，3]，但由于山區地表地形地貌不盡相同，特別是重復采動對高陡斜坡地表的影響研究很少。本研究以實驗礦區實際地質情況為基礎，利用數值模擬軟件分析各個煤層開采后其地表變形移動特點及規律。

1 工程概況

實驗礦區總體單斜構造，地層傾角15～30°。區域內有一斷層F2。礦井設計開采1#、2#、3#、4#煤層，采用聯合開拓，下行開采，由上至下逐區段布置回采工作面進行回采。采煤方法為走向長壁后退式開采，全部垮落法管理頂板。

2 數值模型建立

2.1 模型材料參數的選取

本次數值模擬前未對實驗礦井進行煤巖物理力學參數測試，本模型采用的參數取自于相鄰礦井同一地層的參數，如表1所示。

2. 2 模型建立

根據試驗礦區具體情況，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

為了使得數值模擬的情況與現場實際更接近，數值模擬的開采順序采取與試驗礦區實際情況一致：

建立模型→設置觀測線→初始力平衡計算→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 模擬結果及分析

3.1地表水平移動

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

水平移動第二峰值分別為300mm、400mm、650mm、750mm，相鄰煤層開采后最大水平移動值之間的最大差值為250mm。峰值點都位于斷層露頭處即橫坐標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，而且每個煤層開采后的地表下沉曲線形態基本相同都呈尖底形態，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，峰值點位于各煤層露頭附近即橫坐標175m～225m之間。

由以上對比分析可知：

相鄰煤層開采后地表移動峰值最大差值達550mm，這是由于1#煤層開采后上覆巖層已受到采動影響發生斷裂、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重破壞，失去承載能力，上覆巖層迅速冒落、彎曲、離層，受采動引起的能量無法慢慢釋放，這就使得裂縫帶向外擴展，移動盆地巖層裂縫逐漸增大，從而引起采動影響范圍增大[4]。同時，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#煤層采動時會發生裂縫閉合或者減小的現象，這就使得下沉值增大。

在靠近坡腳地表的水平移動峰值差值最大，這是因為以坡腳為界，以下的地表受拉，以上的地表受壓。在受到重復采動時坡腳巖層同時受到坡體向下的壓力所帶來的位移和受采動引起的向采空區的位移。而受采動影響的其他地表主要受到的是采動引起的單一位移。

4 結論

由于地表形態不同導致重復采動所帶來的地表移動也不盡相同。根據以上分析可以得出如下結論：

①位于坡腳的水平移動受重復采動影響較大。

②下沉曲線形態仍具有山區地表特點。

參考文獻

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

[2]王躍漢.重復采動條件下覆巖下沉特性的研究[J].煤炭學報，1995，（10）：471-475.

[3]姚邦華，周海峰，陳龍.重復采動下覆巖裂隙發育規律模擬研究[J].采礦與安全工程學報，2010，（09） ：443-446.

[4]陳永新.重復采動條件下地表巖移規律觀測研究[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，研究方向為巖石力學與工程。