金属矿急倾斜矿体开采地表移动范围理论分析初探

作     者：马凯 杨天鸿 赵永 刘洪磊 董鑫 高源 刘一龙 李金多 何荣兴 侯俊旭 MA Kai;YANG Tianhong;ZHAO Yong;LIU Honglei;DONG Xin;GAO Yuan;LIU Yilong;LI Jinduo;HE Rongxing;HOU Junxu

作者机构：东北大学资源与土木工程学院 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第S1期

页      面：1-11页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：中央高校基本科研业务专项资金资助项目(N2201003) 国家自然科学基金资助项目(52374157,52174070) 

主　　题：金属矿 急倾斜矿体 地表移动 移动角 力学模型 极限平衡 

摘      要：为揭示金属矿急倾斜矿体开采地表移动规律，有效预测地表移动范围，以弓长岭铁矿急倾斜矿体开采上盘地表移动为例，考虑地形、废石回填、采深3个因素，建立了用于计算地表主应力分布与易开裂范围的力学模型。基于力学模型，将移动角与地表易开裂范围建立了力学联系，并对移动角进行了补充定义：由最深部开采层边缘向地表作直线，位移为0且使地表开裂范围最大的直线即为移动边界线，移动边界线与水平方向的夹角即为移动角。提出了借助力学模型计算移动角的试算法：预设不同的移动角，由力学模型计算得到的地表最大易开裂范围所对应的预设移动角即为真实移动角。在得到真实移动角后，由力学模型可确定地表易开裂范围与深度。同时，借助极限平衡原理将地表易开裂范围与块体滑移建立了力学联系，提出了地表潜在陷落范围的计算方法：对地表易开裂区内不同开裂点对应的潜在滑移块体列极限平衡方程，依次判别块体是否会发生剪切滑移，可确定地表潜在陷落范围。经计算，弓长岭铁矿下盘含铁带地下开采对上盘地表的移动角为60°，上盘地表具有初次滑移风险的位置距离初采位置的水平距离为130 m，潜在滑移角为55°。根据弓长岭铁矿露天与地下联合开采的现场经验，利用废石及时对地下采空区进行密实回填，并通过优化联合开采时空顺序与开采强度可有效控制地表移动，实现露天与地下安全联合开采。