陡倾结构矿山分段崩落法开采覆岩大规模破坏的数值模拟和理论研究

陡倾结构金属矿山地下采动引起的地表移动范围往往远大于设计圈定的范围,严重威胁矿山安全生产、周边环境和人民生命财产安全。项目依托湖北程潮铁矿和金山店铁矿等陡倾结构金属矿山,建立陡倾结构金属矿山的地质结构概化模型,采用理论分析和数值模拟研究了分段崩落法采动效应下陡倾结构金属矿山覆岩变形破裂演化机制,并基于极限平衡理论,推导出了金属矿山围岩中的陡倾叠合悬臂梁在弯曲倾倒破坏或者剪切滑移破坏状态下侧面的法向力表达式。
研究结果表明：1)陡倾结构金属矿山地表位移曲线表现出显著的阶梯状特征,岩层破坏表现为叠合特征;2)陡倾结构金属矿山往往在稍远离采空区的某个叠合岩层首先发生破坏,然后陡倾叠合岩层随着矿体的开挖不断地往上远离采空区和往下靠近采空区方向发生破坏,直到在深部形成一条贯通于采空区的大规模深部破裂面,破裂面往往与陡倾岩层层面法线方向夹角在12°–20°之间;3)陡倾结构金属矿山叠合岩层不断地向外发生破坏而使得岩层移动不断地向外传递的效应,使得陡倾结构金属矿山岩层移动范围过大,往往大于设计圈定的岩层移动范围;4)分段崩落法开采效应下陡倾结构金属矿山岩层破坏模式主要表现为弯曲倾倒破坏,靠近采空区的陡倾结构岩层则主要表现为剪切滑移破坏,其力学模型可以简化为陡倾叠合悬臂梁,通过不断地迭代计算,可以得到分段崩落法开采陡倾结构金属矿山岩层破坏的范围和稳定性判据。