纳雍县康金煤矿 553303
摘要：在矿边坡岩体变形的时候如果出现软弱层，我们就可以采用FLAC软件对其进行分析和计算，这样才可以对地表位移进行分析，从而得出不一样的引发顺序。在此分析过程当中，我们地表出现大位移的原因。本文就采矿工程与地表位移之间的关系进行试析，旨在为之后的探析工作提出参考。
关键词：地表位移；采矿工程；边坡；路边开采；地下开采
采矿工程的实施的会对矿产山体周边的岩体和地表造成影响，并且会最大程度的导致地表出现变形的问题。我们在研究地表变形的时候，通常是从理论上和特定的工程当中进行研究。接下来，我们就以贵州某煤矿北帮为例，分析其地表变形的原因。
一、煤矿开采对地表变形的影响。
随着时间的流逝，煤矿的开采成本变得越来越高，因此就渐渐的变成对地下深部的煤炭或者矿场进行开采。边坡当中存在着均质的各向同性材料，我们对齐进行分析，得出的结果如图1所示。在图1当中，模型会承受重力，而重力的产生会出现原始应力状态，这时，竖直应力可以用三倍的水平应力进行表示，同时，竖直压力和水平压力之间的比值就是所谓的侧压系数。在对地表矿产进行开采的时候，地表会出现位移，开挖面也会出现位移，而在坑的中部则属于位移的最大值。当位移处于坑底的时候，若位移点往边坡的方向进行移动，就会导致位移值出现减少的情况；在边坡面上，点的位置越高，位移值越小；在地表上，位移值和坑边的距离越大，其产生的位移值就会越小。在坑底中部的位置，会产生垂直向上的矢量，从坑边缓慢的往坑外靠拢。在图1B当中，水平盈利上竖直应力的3倍，这时的侧压系数就为3。在开挖地表矿产的时候，位移最小的是坑底部，在边坡面由下往上逐渐增大，位移的最大值处于边坡顶部，这时的位移量也开始减小了。从边坡下面往坑底的指向是矢量的方向；边坡下部越往坑底方向的上部走，就回逐渐过渡成水平方向；地表往坑外的方向走，就会逐渐过渡到斜上方。上述我们得出的结论，都是因为在边坡当中存在均质、各向同性的单一材料，边坡中也没有出现塑性区，但是若软弱夹层出现在边坡当中，这时边坡当中就会出现塑性区，而这种变化也会导致边坡岩体当中的位移大小和方向都会出现很大的影响。
图1开挖后在均质边坡表面引起的位移
对于岩体和地表当中出现的变形，我们可以运用FLAC软件进行分析和计算，分析和计算得出的结果如图2所示。计算的条件是：在此模型当中，我们只会对重力进行分析，水平应力可以用0点43倍的竖直压力进行表示，在图2a当中，我们可以看出，在边坡的下部出现了软弱层，且呈现水平状态，而图2b当中出现的软弱层是与边坡面相平行的，边坡高度是软弱层厚度的10倍。对图2a和图2b进行比较，我们会发现，边坡表面的位移大小和方向都存在很大的差别，这就表示软弱层有可能是弱层岩层，也有可能是地质构造形成的软弱带，并且这会很大程度的影响到边坡变形。同时，图2a和图2b当中的巨大区别，也显示出了软弱层对边坡变形的影响。
图2开挖后在非均质边坡表面引起的位移
二、地下采矿工程队地表变形的影响
水平矿层当中的开采厚度和宽度存在相应的关系，开采的深度越大，地表的下沉越小，下沉范围越大。开采厚度和宽度一定的时候，若开采宽度比某一个值小，那么，开采宽度越来越大，则地表的最大下沉量也会增加；若开采宽度比某一个值大，那么，地表的最大的下沉量则不会出现增加。
三、 贵州某地矿北帮W200剖面附近地质概况及开采情况
贵州某地矿北帮边坡走向接近东西向，由此导致W200剖面的地理环境十分复杂。F1断层和F1A断层与边坡基本处于平行状态。F1倾向NNW，存在47到52度的倾角，断层破碎带宽大概是20到30米；F1A倾向于NNW，存在75到80度的倾角，断层破碎带宽大概是80米。绿色页岩是边坡的主要构成岩体。
在1914年，人们就开始此煤矿，1979年之后，北帮边坡已经出现了边界，由于几十年的不断开采，地下矿山也渐渐出现了一个差不多300m左右的采空区。见图3。
图3 贵州某地矿北帮W200剖面附近地质条件及开采现状示意
四、矿境界外地表位移分析
为了方便计算，我们假设除F1与F1A之间的岩体外均为同一种岩体，组成边坡的岩体为均质的各向同性介质。模型长3 000 m,高1 500 m，将其划分为10000个子单元,每个最小单元为7 m× 7.5 m，然后分为以下四种情况进行计算，各种情况的位移矢量见图4，如图所示：
①第一种情况为只有开采，境界附近的地表位移较大，方向指向采场一侧的下方,境界线上的位移矢量与水平面的夹角约为36°，位移值迅速与离境界线的距离成反比，即随着离境的界线距离的增大，位移值的迅速在减小。在距境界约100m，位移方向逐渐指向背离采场的斜上方，位移量小，境界线位移值的最大为0.6232m。
②第二种情况为只有地下开采，地表位移指向地下采空区，境界上的位移矢量与水平面的夹角约为42°。位移值的迅速与离境界线的距离成反比，即随着离境界线的距离增大，位移值迅速的减小。但位移矢量随离境界法人距离的增大而减小的变化幅度小于前一种情况，在距离矿境界线190m处，即F1A断层附近变大，最大位移矢量为0.2458m。
③第三种情况为先地表开采后地下开采，地表所有点的位移方向均指向下方，境界线上的位移矢量与水平面的夹角约为39°，外增约至50°，位移矢量值范围为2.303~0.3m，其中的最大值出现在境界上，向外逐渐减小到0.3m左右。F1A南侧附近出现约0.45m下沉，位移矢量于F1A北侧突变至0.2m以下。
④第四种情况为地下开采先于地表开采，地表所有点的位移方向与先地表开采后地下开采的情况相同，均指向下方，F1与F1A之间的地表变形较大，变形区域位移矢量与水平面的夹角由43°增至52°。位移矢量范围为1.74m~0.7m，最大值出现在境界上，向后逐渐减小到0.7 m。与第三种情况相似，F1A附近出现约0.95m的垂直下沉，以F1A为界限，北部区域移突变到0.1m以下。
图4采矿工程引起的地表位移
五、影响地表移动的主要因素
矿境界外地表的变形受多种外界因素影响，其中包括地表矿的开采深度、边坡形状、边坡角以及有无地下开采、地下采空区、开采宽度和厚度、地质构造等。以下主要讨论地表与地下开发顺序不同时对地表变形的影响：
①有地表开采也有地下开采时，地表矿地表境界外的位移矢量与地表与地下单独开采引起的位移矢量和并不相等，其超过迭加值的一倍以上。先露采后地采时，地表开采的过程中原始应力重新分布，经一定的破坏或变形之后达到新的平衡，此过程中，部分部位处于塑性与弹性的临界状态。地下开采将打破这一平衡状态。前一段开采使地下采区上覆岩层不对称，因而，重新建立平衡时将产生更大的位移。②先地下开采后地表开采时，地下开采引起上覆岩层下沉，产生应力重新分布，在开采深度大于一定值后，在采空区的上方会形成一个拱形受压区，该区内岩体处于完全弹性状态，竖直应力比原始应力减小，水平应力比原始应力增大，先地采后露采引起的地表位移大于先露采后地采引起的地表位移，这是因为先地下开采后，采空区上覆岩层厚，原始应力较大，采空区上部破坏产生的空间较大，拱形受压区被破坏后上部岩体就会向下移动填补这一空间。地下开采与地表开采的共同作用是影响地表变形的主要因素，除此之外，边坡上部的局部滑动会增加地表的变形。
结束语
采矿工程与地表变形关系复杂，通过对地表开采与地下开采的先后顺序等方面进行分析，本文得出结论：地表开采与地下开采的共同作用是影响地表变形的重要因素，仅有地表开采或仅有地下开采所引起的地表变形较小，既有地表开采又有地下开采时引起的地表变形增大，先地下开采后地表开采时的竖直位移较大，在设计开采后的地下开采或者设计地下同时开采时，应将境界外地表的变形作为考虑的重要因素，避免地表变形影响施工进度，带来经济损失。
参考文献
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论文作者:宋兆鸿
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/12
标签：地表论文; 位移论文; 地下论文; 矢量论文; 应力论文; 采矿工程论文; 采空区论文; 《基层建设》2016年11期论文;