重复采动对陡急斜坡地表变形破坏影响数值分析

摘 要：以试验矿区实际地质资料为基础，采用UDEC软件对多煤层开采后陡急斜坡地表移动变形进行模拟研究，获得了重复采动对陡急斜坡地表移动规律，对类似矿井多煤层开采活动具有一定的借鉴作用。
关健词：地下开采；陡急斜坡；地表移动变形
中图分类号：P427.2+3 文献标识码：A 文章编号 ：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
重复采动是指岩层和地表已经受过一次开采的影响而产生移动、 变形和破坏后， 再次開采使岩层和地表又受到采动破坏，这种采动称为重复采动[1]。长期以来，国内外相应专家对重复采动引起山区地表移动变形的研究由来已久[2，3]，但由于山区地表地形地貌不尽相同，特别是重复采动对高陡斜坡地表的影响研究很少。本研究以实验矿区实际地质情况为基础，利用数值模拟软件分析各个煤层开采后其地表变形移动特点及规律。
1 工程概况
实验矿区总体单斜构造，地层倾角15～30°。区域内有一断层F2。矿井设计开采1#、2#、3#、4#煤层，采用联合开拓，下行开采，由上至下逐区段布置回采工作面进行回采。采煤方法为走向长壁后退式开采，全部垮落法管理顶板。
2 数值模型建立
2.1 模型材料参数的选取
本次数值模拟前未对实验矿井进行煤岩物理力学参数测试，本模型采用的参数取自于相邻矿井同一地层的参数，如表1所示。
2. 2 模型建立
根据试验矿区具体情况，建立模型长416.06m，高402.44m，其中，模型底部边界固定，左右边界水平方向固定。如图1所示。
2.3 模型开挖顺序
为了使得数值模拟的情况与现场实际更接近，数值模拟的开采顺序采取与试验矿区实际情况一致：
建立模型→设置观测线→初始力平衡计算→开采1号煤层→开采2号煤层→开采3号煤层→开采4号煤层→最终得出地表的变形破坏情况。
3 模拟结果及分析
3.1地表水平移动
如图2所示，随着1、2、3、4号煤层的开采地表水平移动量逐渐增大，而且每个煤层开采后的地表移动曲线形态基本相同都呈现驼峰形态，地表水平移动均是向山体内移动的，且第一峰值点（最大峰值点）靠近坡脚，而第二峰值点靠近断层露头。第一峰值分别为500mm、700mm、1200mm、1350mm，相邻煤层开采后最大水平移动值之间的最大差值为500mm。峰值点都位于坡脚附近即横坐标300米处。
水平移动第二峰值分别为300mm、400mm、650mm、750mm，相邻煤层开采后最大水平移动值之间的最大差值为250mm。峰值点都位于断层露头处即横坐标125米处。
3.2 地表下沉
如图2所示，随着1、2、3、4号煤层的开采地表下沉逐渐增大，而且每个煤层开采后的地表下沉曲线形态基本相同都呈尖底形态，最大下沉值分别为500mm、650mm、1200mm、1400mm，相邻煤层开采后下沉值之间最大差值为550mm，峰值点位于各煤层露头附近即横坐标175m～225m之间。
由以上对比分析可知：
相邻煤层开采后地表移动峰值最大差值达550mm，这是由于1#煤层开采后上覆岩层已受到采动影响发生断裂、弯曲变形，而在3#煤层开采后，2#煤层与3#煤层之间岩层遭到严重破坏，失去承载能力，上覆岩层迅速冒落、弯曲、离层，受采动引起的能量无法慢慢释放，这就使得裂缝带向外扩展，移动盆地岩层裂缝逐渐增大，从而引起采动影响范围增大[4]。同时，由于1#煤层开采后引起上覆岩层的垮落空隙和离层裂缝，在2#煤层与3#煤层采动时会发生裂缝闭合或者减小的现象，这就使得下沉值增大。
在靠近坡脚地表的水平移动峰值差值最大，这是因为以坡脚为界，以下的地表受拉，以上的地表受压。在受到重复采动时坡脚岩层同时受到坡体向下的压力所带来的位移和受采动引起的向采空区的位移。而受采动影响的其他地表主要受到的是采动引起的单一位移。
4 结论
由于地表形态不同导致重复采动所带来的地表移动也不尽相同。根据以上分析可以得出如下结论：
①位于坡脚的水平移动受重复采动影响较大。
②下沉曲线形态仍具有山区地表特点。
参考文献
[1]邸建友. 重复采动对地表移动变形的影响[J]. 矿山压力与顶板管理.2000，（03）：74-75.
[2]王跃汉.重复采动条件下覆岩下沉特性的研究[J].煤炭学报，1995，（10）：471-475.
[3]姚邦华，周海峰，陈龙.重复采动下覆岩裂隙发育规律模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2010，（09） ：443-446.
[4]陈永新.重复采动条件下地表岩移规律观测研究[J]. 矿山测量，2013，12（6）：33-35.
收稿日期：2017-04-25
作者简介：张永琴（1978-），女，博士研究生，讲师，研究方向为岩石力学与工程。