张超^1,2, 宋卫东^1,2, 付建新^1,2, 刘建博^1,2
1. 北京科技大学 土木与资源学院, 北京 100083;
2. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室, 北京 100083
收稿日期：2020-11-23
基金项目：国家重点研发计划项目(2017YFC0602900); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-AT-20-01)。
作者简介：张超(1995-), 男, 陕西西安人, 北京科技大学博士研究生;
宋卫东(1966-), 男, 河北廊坊人, 北京科技大学教授, 博士生导师。

摘要：为研究深部复杂矿体开采对地表建筑物稳定性的影响, 借助概率积分法计算安全开采深度; 采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合构建矿区三维模型, 进行地表安全性及变形规律研究.结果表明: ①采用充填法进行深部矿体开采, 地表产生均匀沉降变形, 最大主应力随回采步骤增加呈多项式增长趋势, 最小主应力呈线性增长趋势, 扰动高度沿矿体走向呈正态分布趋势; ②矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”, 并依据安全性参数进行地表扰动边界圈定; ③当下沉变形值小于10 mm、变化率大于0.5时和下沉变形值大于10 mm而小于20 mm、变化率大于1.5时，地表均为整体下沉现象, 稳定性不受影响.
关键词：“三下”开采安全开采深度3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D地表安全性地表变化率
Impact on the Stability of Surface Construction by Filling Method of Deep Complex Gold Ore Body
ZHANG Chao^1,2, SONG Wei-dong^1,2, FU Jian-xin^1,2, LIU Jian-bo^1,2
1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;
2. Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines (Ministry of Education of China), University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
Corresponding author: SONG Wei-dong, E-mail: songwd@ustb.edu.cn.

Abstract: In order to study the effect of deep complex orebody mining on the stability of surface buildings, the probability integral method was used to calculate the safe mining depth. The 3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D coupling method was used to construct a refined 3D model of mining area to study the surface safety and deformation characteristics. The results are as follows: when deep ore body mining is carried out by filling method, uniform settlement deformation occurs on the surface; the maximum principal stress increases polynomially with the increase of mining steps, the minimum principal stress increases linearly, and the disturbance height presents a normal distribution trend along the ore body; the mining of ore body causes 'basin deformation' over the ore body, and disturbance boundary is delineated according to surface safety parameters; when the subsidence deformation value is less than 10 mm and the change rate is greater than 0.5, or when the subsidence deformation value is greater than 10 mm but less than 20 mm and the change rate is greater than 1.5, the whole surface subsidence is negligible.
Key words: three-underground miningsafety mining depth3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3Dsurface safetysurface change rate
矿山进行“三下”开采时, 地表建(构)筑物的稳定性分析一直是研究的首要问题^[1-3].对地表下沉的研究最早可追溯于Gonot的“法线理论”和Dumont的地表下沉公式, 后续Knothe^[4]依此在岩层移动规律方面展开研究.刘宝琛、刘天泉等^[5-6]完善了概率积分法, 定量分析了地表的变形特征; 许家林、蒋宇静和Tan等^[7-9]深入研究了地下开采岩层的移动规律, 并提出相关的岩层控制理论, 在理论研究方面补充了地表变形特征.随着开采向深部发展, 提出了“安全开采深度”概念, 并基于此进行地表建(构)筑物稳定性分析.池秀文等^[10]采用理论计算、有限元数值模拟方法来研究安全深度; 聂卫平^[11]分析了安全开采深度与开采厚度、建筑物的临界变形之间的关系, 获得了安全开采深度的确定方法; 陈俊杰等^[12]得出了矿山安全开采深度的判定方法与计算公式.
另一方面, 数值模拟作为重要的研究手段也被应用到地表稳定性研究中.郑文棠等^[13]借助AutoCAD中的AutoLISP语言构建出三维可视化模型, 刘晓明等^[14-15]应用Surpac-MIDAS/GTS技术成功建立了复杂采空区模型, 模拟出矿区开采对围岩变形的影响规律; Wang等^[16-17]应用FLAC^3D构建出大型矿体模型, 深入研究了矿体开采过程中上覆岩层的变形规律; 胡颖鹏等^[18]借助Matlab进行Surpac-RFPA^3D三维模型的生成.
在对开采深度的研究中, 数值模拟结果如何准确应用于现场还需进一步验证, 上述****采用模拟得到的结果也需借助多种手段验证其准确性.理论分析和数值模拟均为较重要的研究手段, 在对两种方法的相互结合验证方面还需进一步探索.另外在结合现场实测对模拟结果的分析方面还有很大的研究空间.本文在现有研究的基础上, 借助3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合方法快速高效地构建矿区精细化三维模型, 采用多重方法分析深部矿体开采对地表主要建(构)筑物变形的影响, 进一步分析开采区域上覆岩层的稳定性; 研究矿体开采过程中地表变形的规律, 多种方法组合量化分析地表稳定性, 为类似矿山地表稳定性分析提供一条合理的途径.
1 矿区基本概况矿区地貌为丘陵区, 地势南高北低, 当地侵蚀基准面为+85.5 m.矿区东部水库总库容5万m³, 库底经常累积有较厚淤泥, 岩石完整, 现场调查表明该水库未发现渗漏现象.矿区西部尾矿库总库容820万m³, 目前正在使用.
本次开采范围是采矿许可证范围内-500 m~-950 m水平的矿体, 采矿方法为上向水平分层充填法.根据矿体赋存情况, 设计首采中段为-850 m中段, 然后逐次开采-800 m, -750 m, -700 m, -650 m, -600 m，-550 m, -950 m, -900 m中段.
类比同类矿山数据, 参考《采矿设计手册》, 进行矿区地表移动带圈定.选取矿体上盘的移动角为75°, 下盘及侧翼的移动角为70°, 圈定结果如图 1所示.在移动带范围内存在尾矿库、水库、工业厂房、民房等重要建(构)筑物, 属于典型的“三下”开采.为验证矿体开采对建(构)筑物的影响以及上覆岩层的稳定性, 有必要对地表的稳定性进行分析论证.
图 1(Fig. 1)

图 1 地表主要建(构)筑物位置及圈定的移动带Fig.1 Location of the main structures on the surface and their surface movement zone delineated

2 矿区深部“三下”开采安全深度确定2.1 安全开采深度计算方法安全开采深度是指地表建(构)筑物所能承受的由地下开采引起的许可变形的最小深度.对建(构)筑物保护来说, 某深度下的矿体开采引起的地表变形小于建(构)筑物的临界变形值, 所以该深度以下的矿体可以安全回采^[19].
依据概率积分法基本原理^[20-22], 地表最大水平变形ε_max、最大曲率κ_max和最大倾斜变形i_max的极限值与地表最大下沉值W_max、开采深度H及主要的影响角正切tan β之间存在如下关系:

(1)

(2)

(3)

(4)

式中: b为水平移动系数, 与岩性有关; η为下沉系数; α为矿体倾角; m为开采厚度.
假设建筑物的临界变形值等于地表移动最大变形值, 代入式(1)~式(3)中, 可求得

(5)

(6)

(7)

式中: H_ε, H_i, H_κ分别为反算最大水平变形、最大倾斜变形和最大曲率得到的安全开采深度.最终的安全开采深度为

(8)

2.2 矿区深部三下开采安全深度确定根据《金属非金属矿山安全规定》(GB16423—2006), 水库、民用房屋属于Ⅲ级保护, 尾矿库、工业厂房属于Ⅱ级保护.Ⅲ级保护的地表临界变形值: 水平变形ε=6.0 mm/m, 曲率κ=0.6×10^-3/m, 倾斜变形i=10.0 mm/m.Ⅱ级保护的地表临界变形值: 水平变形ε=4.0 mm/m, 曲率κ=0.4×10^-3/m, 倾斜变形i=6.0 mm/m.
矿区内岩石主要为碎裂花岗岩, 属于典型的硬岩, 取下沉系数η=0.4, 水平移动系数b=0.25, 主要影响角正切tan β=1.56.在深部矿体中, Ⅲ-8, Ⅲ-9, Ⅲ-10, Ⅲ-11, Ⅲ-12为主矿体, 分别计算其安全开采深度, 计算结果如表 1所示.其中安全开采水平为地表标高减去安全开采深度, 在安全开采水平以下区域内的矿体进行开采均能满足生产要求, 可保证地表及建(构)筑物的稳定性.
表 1(Table 1)

表 1 各矿脉安全开采深度计算Table 1 Calculation of safe mining depth of each vein 矿体参数 Ⅲ-8 Ⅲ-9 Ⅲ-10 Ⅲ-11 Ⅲ-12 赋存标高/m -500~-872 -518~-952 -524~-983 -583~-1010 -697~-965 地表标高/m +153 +162 +152 +168 +170 产状/(°) 119∠29 121∠31 121∠31 122∠32 124∠34 平均厚度/m 5.66 15.72 7.45 6.00 4.79 安全开采深度/m 455 455.6 455.6 443.6 431.1 安全开采水平/m -302 -293.6 -303.6 -275.6 -261.1

表 1 各矿脉安全开采深度计算 Table 1 Calculation of safe mining depth of each vein

进一步, 依据式(1)~式(3)反算出各矿体开采下所产生的地表最大水平变形、曲率、倾斜变形, 计算结果如表 2所示.地表的各指标均小于规范要求的地表允许值, 满足保护等级需要.
表 2(Table 2)

表 2 地表安全性参数分析Table 2 Analysis of surface safety parameters 矿体指标 Ⅲ-8 Ⅲ-9 Ⅲ-10 Ⅲ-11 Ⅲ-12 imax/(mm·m-1) 2.10 1.97 1.95 1.24 1.03 κmax×106/m-1 4.9 4.5 4.5 1.8 1.3 εmax/(mm·m-1) 0.79 0.75 0.74 0.47 0.39

表 2 地表安全性参数分析 Table 2 Analysis of surface safety parameters

2.3 井下爆破振动对地表建筑物影响根据爆破地震效应确定安全距离^[23-24]:

(9)

式中: R为爆破振动安全允许距离, 根据各条矿脉的赋存条件, 距地表最近的矿脉为Ⅲ-8, 标高-500~-872 m, 地表取153 m, 则R为653 m; Q为齐发爆破总药量, kg; v为受保护对象所在地安全允许质点振速, 取1.5 cm/s; K, α为与受保护对象地质条件有关的系数和衰减指数, 按硬岩取值分别为250, 1.5;n为药量指数, 取0.5.
在矿山中采用上向水平分层充填法同时最多开采两个采场, 采场落矿单段最大爆破药量为100 kg.由式(9)反算起爆药量约为474.92 kg, 远大于矿山实际爆破用量, 矿山爆破不会对地表建筑造成破坏.
3 矿区开采对地表稳定性影响的模拟分析3.1 数值模型的构建借助数值模拟手段, 对深部矿体开采过程中上覆岩层的移动规律及地表变形情况进行分析.应用3D Mine进行矿区三维模型的构建, 将模型导入Rhinoceros中进行优化, 借助Griddle工具进行模型的精细化网格划分, 最后导入FLAC^3D中进行模型的数值分析.模型效果图如图 2所示.
图 2(Fig. 2)

图 2 数值模型的构建Fig.2 Construction of numerical model

3.2 岩体力学参数及初始应力确定依据室内基本力学试验, 获得岩石的基本力学参数(表 3).在现场的实际情况中, 岩体由于受到爆破扰动、温度变化等多重因素影响, 其力学参数小于室内获得的岩石基本力学参数.采用Hoek-Brown准则进行岩石力学参数的折减处理，获得岩体的基本参数(表 4).
表 3(Table 3)

表 3 岩石基本力学参数Table 3 Basic mechanical parameters of rock 岩样位置 密度 抗压强度 抗拉强度 弹性模量 泊松比 内聚力 内摩擦角 kg·m-3 MPa MPa GPa MPa (°) 矿体 2 657 122.9 7.35 44.70 0.23 26.18 38 围岩 2 788 135.3 7.92 44.90 0.22 12.62 44

表 3 岩石基本力学参数 Table 3 Basic mechanical parameters of rock

表 4(Table 4)

表 4 岩体基本力学参数Table 4 Basic mechanical parameters of rock mass 岩样位置 密度 弹性模量 泊松比 抗拉强度 内聚力 内摩擦角 kg·m-3 GPa MPa MPa (°) 矿体 2 657 8.41 0.23 1.27 7.74 38 围岩 2 788 8.84 0.22 1.62 7.12 44 充填体 2 500 4.18 0.20 0.6 0.76 37

表 4 岩体基本力学参数 Table 4 Basic mechanical parameters of rock mass

根据矿山现场监测得到的应力实测数据, 分析得到应力随深度的回归方程, 如式(10)所示.模型施加初始应力场, 初始平衡后生成的应力场如图 3所示.

(10)

图 3(Fig. 3)

图 3 初始应力场(垂直应力)Fig.3 Initial stress field (vertical stress)

式中: σ_{h, max}, σ_{h, min}, σ_z分别为最大主应力、最小主应力和垂直应力.
3.3 模拟方案及监测点设计根据矿体实际赋存条件, 开采范围为-500~-950 m标高, 不留设顶、底柱, 开采后及时进行充填治理.针对地表建(构)筑物具体位置, 设置监测点进行地表变形的监测, 共设置8个监测点, 具体监测位置如图 1所示(其中JC-1, JC-3, JC-4为矿体正上方).
3.4 地表稳定性模拟研究3.4.1 位移变形分析自-850 m中段回采开始, 地表的最大下沉量为1.67 mm, 到-550 m中段回采结束, 地表下沉量增大至16.82 mm, 最大下沉量位于矿体正上方位置, 并向四周逐渐减小.继续进行-950 m中段、-900 m中段回采, 地表下沉量保持不变.图 4为回采结束后地表的下沉变形图.矿体的开采使得采场正上方产生均匀沉降变形, 未波及到地表建(构)筑物的位置.
图 4(Fig. 4)

图 4 回采结束后地表下沉变形(单位: cm)Fig.4 Surface subsidence deformation after ore body being mined(unit: cm)

针对性地对回采过程中地表下沉变形进行监测(图 5), 与图 4相对应.自-850 m中段向上回采过程中, 随着每一中段的回采, 地表最大下沉量增加2 mm左右, 自步骤8开始, 下沉量基本保持不变.矿体正上方下沉量最大为16 mm, 水库的最大下沉量为4 mm, 尾矿库的最大下沉量为6.5 mm, 民房的最大下沉量为0.8 mm, 工业厂房的最大下沉量为2 mm.下沉变形量均较小, 尚未达到地表破坏变形, 地表处于稳定状态.
图 5(Fig. 5)

图 5 地表沉降监测Fig.5 Surface settlement monitoring

进行地表水平变形分析, 自-850 m中段回采开始, 地表的水平变形为2.3 mm, 到-950 m中段回采结束后, 地表的水平变形增加到7.8 mm.图 6为回采结束后地表的水平变形图, 地表水平变形同样是自矿体正上方向四周扩散, 变化状况与地表下沉变形类似.回采结束后水平变形量基本可以忽略, 地表水平方向处于稳定状态.
图 6(Fig. 6)

图 6 回采结束后地表水平变形(单位: cm)Fig.6 Surface horizontal deformation after ore body being mined(unit: cm)

图 7为各监测点的水平变化规律, 从-850 m中段向上回采过程中, 随着每一中段的回采, 最大水平变形量增加1 mm左右.自步骤8, 回采区域为-850 m水平以下开始, 水平变形量基本保持不变.矿体正上方的水平变形量最大为7 mm, 水库的最大水平变形量为2 mm, 尾矿库的最大水平变形量为2 mm, 民房的最大水平变形量为0.5 mm, 工业厂房的最大水平变形量为3.5 mm.
图 7(Fig. 7)

图 7 地表水平监测Fig.7 Surface horizontal deformation monitoring

深部矿体的开采使得采场正上方出现波动, 虽然垂直方向在数值上出现了较小幅度的增加, 但水平方向变形基本为0, 属于均匀沉降变形, 对地表不会产生破坏现象, 地表及建(构)筑物可以保持整体稳定.
3.4.2 应力变形分析深部回采过程中, 高应力已成为不可忽视的问题.自步骤1开始, 最大主应力和最小主应力均出现在矿体底部, 由于首采区域为-850 m中段, 所以步骤1回采后最大主应力为40 MPa, 最小主应力为20 MPa, 均出现在-850 m水平.后续开采过程中应力变化呈现缓慢增长.开采-950 m中段时, 由于开采深度下降, 应力增幅较大, 最大主应力为55 MPa, 最小主应力为25 MPa, 后续又呈现缓慢增长状态.
由应力状态拟合曲线(图 8)可见, 随着回采步骤增加, 最大主应力呈多项式增长(R²=0.974 79), 最小主应力呈线性增长(R²=0.936 35).回采区域的改变对最大主应力产生较大影响, 步骤1至步骤7回采为阶梯式向上采, 且控制阶段高度一致, 最大主应力在该阶段变化趋于稳定.自步骤8回采开始, 最大主应力产生突增现象; 最小主应力增长较为缓慢, 基本处于稳定状态.
图 8(Fig. 8)

图 8 各回采步骤下的应力变化规律Fig.8 Variation of stress at each mining step

进一步结合塑性区分析岩体的变化规律.开采过程中的破坏以剪切破坏为主, 拉伸破坏次之.剪切破坏主要出现在上、下盘围岩中, 拉伸破坏主要出现在顶板位置.自步骤1开始, 剪切破坏呈线性变化增长, 拉伸破坏呈多项式变化增长(图 9).拉伸破坏增长的速率随开采步骤的增加而提升, 顶板的破坏向地表蔓延并加快.开采结束后及时进行有效充填可避免拉伸破坏的快速延伸.
图 9(Fig. 9)

图 9 各回采步骤下塑性区变化规律Fig.9 Variation of plastic zone at each mining step

3.4.3 上覆岩层变形分析为分析开采后上覆岩层的变形规律, 回采结束后对矿体进行剖分, 在y轴方向间隔100 m截取剖面(图 10), 分析在不同剖面位置上覆岩层的变形情况.
图 10(Fig. 10)

图 10 矿体剖面划分Fig.10 Section division of ore body

规定整体变形量≥10 mm的区域处于较大扰动区, 变形量 < 10 mm的区域认为扰动较小.整体变形 < 10 mm的区域变形可以忽略, 该位置岩层处于稳定状态.对上覆岩层的扰动区进行描述, 如图 11所示.地表平均标高为+160 m, 在剖面2位置矿体最为厚大, 矿体开采对上覆岩层的影响范围最大, 扰动区范围影响至-178.023 m.在剖面6位置矿体处于边角位置, 矿量少, 开采过程中对上覆岩层的影响范围最小.扰动高度呈正态分布(R²=0.923 28), 中部决定着上覆岩层变形的最大范围.矿区深部矿体开采对上覆岩层的扰动区域最高可扩展至-175 m水平, 在-175 m水平以上的覆岩基本上未受到矿体开采影响, 处于稳定状态.
图 11(Fig. 11)

图 11 圈定的上覆岩层扰动范围Fig.11 Overlying strata disturbance range delineated

3.5 地表安全性分析为进一步分析地表建(构)筑物的稳定性, 分别过水库、尾矿库、工业厂房及民房对矿体进行剖分.选择剖面时, 尽量经过多的矿体且具有代表性, 剖面应经过矿区上部的主要建(构)筑物.选取三个典型剖面进行分析, 其中A-A穿过水库, B-B穿过工业厂房及尾矿库, C-C穿过民房(图 12); 每个剖面上等距选取20个节点进行地表安全性分析.结合数值模拟结果, 分别进行各剖面地表倾斜变形、曲率及水平变形计算, 结果如图 13~图 15所示.
图 12(Fig. 12)

图 12 地表监测点布置Fig.12 Layout of surface monitoring points

图 13(Fig. 13)

图 13 地表倾斜变形曲线Fig.13 Surface inclined deformation curves

图 14(Fig. 14)

图 14 地表曲率变形曲线Fig.14 Surface curvature deformation curves

图 15(Fig. 15)

图 15 地表水平变形曲线Fig.15 Surface horizontal deformation curves

三个剖面中地表的倾斜变形范围为-20~40 μm/m, 曲率变形范围为-10×10^-6~10×10^-6/m, 水平变形范围为-8~6 μm/m, 均小于I级保护等级下的地表临界变形允许值.
在地表变形曲线中, 宏观上在各剖面节点10之前均较为稳定, 而在节点10之后各参数的值均产生较大幅度变化, 说明在该范围内变形扰动相对较大.参考图 12及矿体三维模型可知, 该范围位于矿体正上方.矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”, 即地表正中心产生最大变形量, 并且自正中心向外围逐层有规律地减小, 直至未扰动区, 称该边界为扰动边界.除水库外, 其他建筑物均位于扰动边界之外, 矿体开采并未对其产生影响; 虽然水库处于扰动边界内, 但其产生的变形均在安全范围内, 水库及周围地表仍保持稳定状态.
模拟获得的安全性参数与表 2中理论结果对比如图 16所示, 除水平变形外模拟结果均小于理论分析结果.理论分析中依据各矿体的赋存条件进行安全性参数的计算, 其计算结果是针对整个地表平面得到的最大变形值; 而模拟的安全性参数值是针对具体的剖面计算得到的, 其计算结果为该剖面中的最大变形值.
图 16(Fig. 16)

图 16 安全性参数对比Fig.16 Comparison of safety parameters

相比较而言, 数值模拟得到的结果针对性较强, 精确度也相对较高.两种方法属于整体到局部的研究, 相互印证, 更进一步地证明了地表建(构)筑物的稳定性.
4 地表实时监测矿山自2020年4月开始已进行深部采矿, 目前的开采区域为-850 m首采区域.自深部开采开始, 矿山持续定期进行地表稳定性监测, 共布置6个监测点(JC-1, …, JC-6), 分散布置于地表各建(构)筑物附近, 具体位置见图 1.设定2020年3月各监测点的坐标值为基准值, 后续月份的地表变形值如表 5所示.
表 5(Table 5)

表 5 地表监测点实测数据Table 5 Measured data of surface monitoring points ? mm 时间 水库 (JC-1) 民房 (JC-2) 尾矿库 (JC-3) 工业厂房 (JC-4) 矿体正上方1 (JC-5) 矿体正上方2 (JC-6) Δx Δy Δz Δx Δy Δz Δx Δy Δz Δx Δy Δz Δx Δy Δz Δx Δy Δz 2020.4 -3 +1 +1 +1 -1 +1 +1 +1 -2 -1 -1 -1 +2 +2 -2 +1 -3 -8 2020.5 +2 +1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 -2 +3 +6 -1 -2 2020.6 -1 -2 -1 -1 -1 -1 +2 +1 0 -1 -1 -1 -2 -3 -4 -3 +5 -5 2020.7 -1 +1 -1 +1 0 0 -1 0 +1 +1 +1 -1 -2 -1 -3 +2 -1 +3 2020.8 -1 +1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0 +4 +5 -4 +2 +3 -1 2020.9 -1 +1 -1 0 0 -1 +1 +1 -1 +1 +1 0 +2 +3 -2 -2 -4 -1 2020.10 +1 -1 -1 +1 -1 0 0 0 +0 -1 -1 0 -2 +1 +1 -3 -2 -2

表 5 地表监测点实测数据 Table 5 Measured data of surface monitoring points ?

在主要建(构)筑物周围, 水平变形、垂直变形均属于稳定状态, 民房、尾矿库、工业厂房未发生变化; 水库在初期开挖阶段产生3 mm变形量, 之后未发生变化, 与地表安全性分析获得的结论一致.矿体初期开挖会使上覆岩层出现扰动, 位于矿体正上方的地表会产生“盆地式变形”, 出现产生明显的下沉量, 后续趋于稳定状态.
比较各实测结果与模拟值, 结果如图 17、图 18所示.下沉变形值最大误差为3 mm, 水平变形值最大误差为7 mm, 进一步验证了模型的准确性.
图 17(Fig. 17)

图 17 地表监测点下沉变形值对比Fig.17 Comparison of subsidence values of surface monitoring points

图 18(Fig. 18)

图 18 地表监测点水平变形值对比Fig.18 Comparison of horizontal deformation values of surface monitoring points

定义地表变化率值为监测点的下沉变形值与水平变形值之比.绘制各监测点的变化率曲线如图 19所示.以地表下沉变形值为基准, 当下沉变形值小于10 mm时, 变化率大于0.5;当下沉变形值大于10 mm而小于20 mm时, 变化率大于1.5.此情况下地表的整体变形量以下沉变形为主, 产生盆地式整体下沉现象, 并不影响地表的整体稳定性.因此认为在该情况下地表处于稳定状态.
图 19(Fig. 19)

图 19 地表变化率曲线图Fig.19 Curves of surface change rate

后续应持续进行地表变形监测, 进一步优化模型.
5 结论1) 应用概率积分法计算得出安全开采深度均小于深部矿体赋存标高, 反算矿山最大单次起爆药量大于实际应用, 理论计算表明深部矿体开采不会影响地表建(构)筑物.
2) 采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合精细化构建矿体三维模型, 并进行了矿体开采安全性分析, 为矿山领域数值模拟分析提供了一条新途径.
3) 采用充填法进行深部矿体开采, 整体为均匀沉降变形, 对地表稳定性不会产生影响.最大主应力随回采步骤增加呈多项式增长趋势, 最小主应力呈线性增长趋势.各剖面扰动高度呈正态分布状态, 中部矿体决定着上覆岩层变形的最大范围, 扰动高度最高可扩展至-175m水平.
4) 矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”, 当下沉变形值小于10 mm、变化率大于0.5, 或者下沉变形值大于10 mm且小于20 mm、变化率大于1.5时, 地表均为整体下沉, 并不影响地表整体稳定性.
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