露天与地下联合开采引起岩层移动规律的模型试验研究

非法开采对矿山开采稳定性具有重要影响,以某铁矿为例,进行了二维物理相似模型试验研究,分析得出了在考虑和不考虑非法开采两种情况下的地表变形规律和矿体围岩移动规律。试验结果表明,从-270 m采至-550 m水平期间,地表沉降和围岩变形呈缓慢增加趋势,但当从-550 m水平继续向下开采时,由于矿体倾角变得平缓,地表沉降、深部围岩变形都急剧增加,非法开采会造成矿体上部岩体的应力重分布,虽没有明显增大地表的沉降范围,但增加了开采点附近的地表沉降量,而且大大增大了地表岩层的水平移动。     

煤矿开采沉陷区地表岩层移动对公路的影响

为了提高煤炭资源的回采率,合理开采国家一级公路(G301线)下压覆的煤炭资源,确保开采过程中公路的安全运行,在工作面开采至公路下方时,采取避让方法,降低对其破坏程度。在其公路沉陷范围内布设"三下采煤"地表岩层移动观测站,进行动态观测,及时确定地表公路沉降速率,进行准确维护和保养,确保了公路的安全通行使用。结果表明:将盘区设计成两翼开采,且将工作面布设成横、纵向回采,并在公路下方留设三角形块段保安煤柱,以减少地表移动盆地的沉降系数;工作面通过公路下时,降低工作面回采高度,即一次性开采高度约为4.2m,不再进行二次放顶煤,是行之有效的技术措施。     

湖南省谭家山矿区开采地质灾害分析

煤矿开采所产生的地表沉降、开裂、塌陷等地质灾害,造成地表民房不同程度的损坏。为准确分析矿山开采对地表民房的损坏,从矿山开采造成地表沉降影响范围,矿山开采最大冒落高度与导水裂隙带高度,矿山开采引起地表最大水平移动值、最大曲率值、最大倾斜值等因素来研究分析。综合分析认为：引起地表民房损坏的主要原因一是地表民房正处在采动影响范围内;二是开采冒落带与裂隙带高度已经波及至地表,从而引起地表出现沉降与裂缝等现象,引发房屋开裂等损坏现象;三是煤矿采空区所产生的最大曲率值远远大于地表建筑允许变形值。该方法对研究煤矿开采造成地表民房损坏成因分析具有一定指导意义。     

煤层重复采动对水渠稳定性及渗漏性影响评价

为了科学评价煤层重复采动对拟建水渠工程安全性的影响程度,围绕"采煤安全"、"水渠安全运行"这两条主线,在现场调研的基础上,采用理论分析、数值模拟和概率积分法等手段,对重复采动影响下水渠的变形特征进行了分析评价。首先从地层的工程地质结构、水文地质结构、力学结构和开采结构4方面分析了岩土体的结构特征,利用FLAC3D对各煤层开采引发的导水裂隙带发育高度的变化规律进行了模拟分析,同时,根据地表移动和变形预计结果,分析了重复开采引发的地表下沉、倾斜变形及水平变形对水渠坝体的影响。结果表明:多煤层开采后导水裂隙带不会波及到水渠内的地表水,不会影响采煤安全;重复采动会引起水渠不同程度的沉降,堤体地面标高由69.34 m沉降至65.50 m,沉降后的堤体顶面比设计水面降低了1.94 m,过水断面由580 m2减少至196 m2,设计流量将损失66%,对水渠安全运行构成影响。      

山西阳泉矿区刘村采煤塌陷机理及数值模拟

选取山西阳泉矿区单煤层开采引发的强烈地面塌陷作为研究对象,在详细介绍刘村采煤塌陷所处地质环境背景及其发育变形特征的基础上,根据区域岩体工程地质特征,将其划分为12层岩组;运用关键层、复合关键层理论对采煤塌陷机理进行了分析,获取Hoek-Brown岩体力学参数;采用Flac5.0 Extrusion对刘村采煤塌陷坑进行了反演模拟。数值模拟反映各阶段采动裂缝在地表的发育分布情况并计算了最终沉降量,覆盖层裂缝自然修复周期为2个月,基岩裂缝自然修复周期为3个月;采动裂缝最终在平面上呈“θ”形,塌陷中心1和塌陷中心2最终沉降量分别达到4.5 m和4 m,塌陷面积是工作面面积的1.85倍。模拟结果与调查监测数据高度吻合,客观地反映了地表变形和深部覆岩塌陷的发展变化过程,为塌陷机理分析起到了帮助作用。该套岩体力学参数与模拟方法适用于阳泉矿区采煤塌陷精准预测。     

巫山县望霞乡桐心村危岩体变形破坏机制分析

本文通过详细调查危岩体所处斜坡变形现象发现,斜坡下部有约1m厚煤层被开采,斜坡上有塌陷和岩体开裂两种变形现象,两种变形均在继续发展;且这两者均与煤层开采有较大关联。工程地质类比法认为采煤引起的沉陷-掀斜变形机制对地表变形起主导作用。采用UDEC数值模拟表明,煤层开采后,位移变形由下向上传递。地表沉陷量向临空面增加,水平位移量也向临空面增加。上部坡体变形受垂直裂隙控制,下部坡体变形受水平层面和煤层控制;整体形成沉陷-掀斜。计算变形曲线显示变形有两个阶段,突破式跳跃变形阶段和缓慢变形阶段;如果没有新的开采活动,随着时间的推移山体最终会自行稳定下来。临空面的孤立危岩体在斜坡系统平衡后仍有较大速率,其稳定性较差,建议对其进行清除。     

采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究

我国西南岩溶山区地质环境复杂,地下开采活动频繁,大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律,以贵州普洒崩塌为例,通过相似模型试验,研究采动作用下,坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明:在地下开采情况下,坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大;当开采宽度约为采高的16倍时,地表沉降突增,并伴随裂缝出现;测点越靠近地裂缝,沉降变化率越大,地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域;掘进工作面推进时,采空区上方顶板岩层出现卸荷区域,压应力减小,而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域,压应力增加;采空区上方大于20倍采高范围以外,岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下,对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。      

宜昌磷矿地下开采岩体移动分析

根据宜昌磷矿开采引起上部地表变形及岩体开裂的工程实际情况,在实测资料统计分析基础上,建立了高陡山区地下开采岩体移动变形预测分析模型,并给出了岩体变形破坏的极限值。利用该模型对宜昌磷矿区开采引起岩体变形及山体失稳现象进行了分析。通过工程实例分析表明,理论预计结果与现场实测结果吻合。     

露井联采下边坡稳定性的相似模拟研究

露井联采模式下露井边界参数的合理选取,是决定露天边坡稳定的关键因素.通过相似模拟试验对安太堡露天矿南帮4#煤和9#煤露井联合开采下露天边坡的破坏过程进行了研究,分析了边坡破坏模式以及边坡的沉降变形规律.结果表明,露井联采下安太堡南帮边坡存在3种破坏模式:1435～1450平台的沉降破坏、1390～1435平台的沉降和滑移复合破坏,并最终转为滑移破坏、1280～1390平台的滑移破坏. 并指出在4#和9#煤复合开采产生的地表沉降中9#煤占总沉降量的60%以上.通过模拟得出,安太堡南帮实际边坡位置应整体后移20m,使井工开采工作面开切眼的位置由原1390台阶下移到1405台阶下,保证其开切眼所在位置至露天边坡台阶的垂直安全高度应在131m以上,该结论有效地解决了多年来困扰安太堡南帮露井联采边坡稳定性问题.     

程潮铁矿西区地表塌陷成因分析

以程潮铁矿西区为例,结合矿区的地层岩性和地下采矿情况,系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明：地表塌陷主要受地下采矿的影响;在一定的地质水文条件下,地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系;地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关;连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段：间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段及地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的,岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化,崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关,岩体强度越小,完整性越差,每次崩落高度越小,总崩落高度越大。随着矿体的开采,漏斗状水位降形成。地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关,还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道,可溶岩不断被侵蚀,黏土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌,在地下隐伏空区内产生瞬时高负压,诱发地表塌陷。     

断裂构造发育过程与控矿构造形成演化——以邹家山铀矿床为例

热液脉状矿床主要受断裂控制，控制矿脉就位的含矿(赋矿)构造绝大多数是规模比较小的次级断裂或裂隙，而主干断裂普遍被认为是导矿构造或配(运)矿构造，但往往不含矿，甚至没有一点与矿化有关的蚀变痕迹、或成矿流体经过的痕迹。从岩石力学破裂准则看，是最先形成有微孔隙或缺陷存在的微破裂，微破裂逐渐扩展形成小断裂，最后贯通形成主断裂；相关模拟实验也证实存在基底断裂的情况下，盖层破裂的发育过程是最先出现R裂隙、其次是P裂隙、再是D裂隙，最后贯通成具辫状结构的主断裂带。邹家山铀矿床含矿构造是在"X"剪节理基础上发展起来并经持续(递进)变形而形成的"弧形断层面夹透镜状岩块"组合，控制矿带或矿体群的构造是北东东走向、倾向北北西中偏缓倾角、具有左行正断的隐性断裂带。含矿裂隙经历初成、成型和成矿三个阶段演化，成矿后经历邹家山-石洞主断裂贯通和隆升剥露两个阶段演化，最终形成目前的保存状态。      

聚类分级和BP神经网络在自然崩落法矿岩可崩性分级中的应用

以矿岩RQD、RMQ和RMR值为基础进行矿岩可崩性聚类综合分级,解决了同一地质测段分级结果的不一致性,明确了可崩性级别;利用样本中易测评判指标建立矿岩可崩性BP神经网络分析模型进行矿岩可崩性分级,解决了用钻孔资料进行矿岩可崩性分级精度不高的问题。程潮铁矿自然崩落法试验区段的矿岩可崩性分级表明矿岩可崩性属于极易一中等崩落,与生产实际相符,在生产中可应用该方法进行矿岩可崩性分级工作。     

矿源系统地质-地球化学例析

以胶东金矿集中区矿源系统为例 ,运用现代分形理论、数学地质和模拟实验等方法 ,探索矿质来源和富集过程。结果表明 ,胶东群正变质岩的原岩——太古代拉斑玄武岩为初始矿源岩 ;太古代—元古代胶东群、荆山群和粉子山群变质岩为中间矿源岩 ;中生代剪切重熔岩浆岩——玲珑型花岗岩和郭家岭型花岗岩是成矿物质的直接提供者 ;郭家岭型花岗岩可能既为金成矿提供物质来源 ,又起到“热机”作用。金的成矿作用是在古老地幔分异出的太古代拉斑玄武岩基础上 ,经韧性剪切→区域变质→岩浆重熔等构造热动力作用逐步富集的过程 ,该认识为找矿勘探指明了方向     

太行山南段平顺铁矿成矿地质特征及找矿预测

通过对太行山南段平顺铁矿矿区构造特征及岩浆岩的动力学分析研究,认为第一岩浆岩带属于被动侵位机制,岩体内部成矿潜力较大;第二岩浆岩带为主动侵位机制,背斜核部及岩体与围岩的接触部位为有利成矿区。同时根据岩石、矿石的稀土元素、微量元素、Pb同位素特征及矿体与岩体的关系,认为晚期闪长岩是主要的成矿母岩,但早期基性—超基性岩间接为铁矿的形成提供了一定的物质来源;矿体的形态明显受到接触面及周边构造形态的控制,呈不规则板状、透镜状、分枝状、羽状分布。最后运用矿体成矿规律、磁异常、电法异常等找矿预测方法,在研究区内圈出了龙降沟岩体南缘、双井、东郊3个找矿预测区。     

前寒武系对东秦岭-大别山钼成矿带成钼作用的贡献

对东秦岭-大别山钼成矿带25个钼矿床成矿母岩外接触带的地层及围岩观察统计,可清楚表明,所有钼矿床的赋矿层位均为前寒武纪老地层。成矿母岩侵入寒武系及以后地层中均形不成工业矿床。前寒武系不同的围岩岩性对钼矿床成矿作用的影响也不尽相同。主要反映在:1.地幔分异熔浆上侵时易于捕获前寒武系有用组分钼,而成其主要矿源层;2.成矿母岩的围岩岩性对矿床主要矿种组合有重要制约作用;3.围岩的物理力学性质,尤其是围岩的抗压抗剪强度(即岩石的破裂程度)对钼矿富集起关键作用。围岩容矿裂隙的发育程度决定了矿石的品位,从而控制着矿床的规模。东秦岭-大别山钼成矿带进一步寻找钼矿资源应以前寒武系(尤其是元古代老地层)作为找矿首选区域,特别是元古界岩石组合中的火山岩系列、大理岩及片岩系列构成的成矿有利围岩的地区。     

安徽庐枞火山盆地铀矿床类型研究

在收集整理前人成果基础上,着重分析了庐枞盆地铀成矿地质特征及地球化学特征。盆地内铀矿化与石英正长岩具密切时空关联,石英正长岩是与火山岩同源并有时空联系的潜火山岩;潜火山岩外带砂岩层间破碎带和贯通潜火山岩与砂岩的断裂及其旁侧裂隙密集带构造是主要控矿构造,隐爆角砾岩构造亦控矿;与铀矿物伴生的金属矿物为中低温热液矿床标型矿物,铀矿石伴生元素及矿床内普遍而强烈发育的硅化,与潜火山岩型金属矿床特征相似。认为火山盆地内铀矿床类型应归属于潜火山岩型矿床,并进而对今后的铀矿勘查工作提出了建议。     

Processes of high-T fluid–rock interaction during gold mineralization in carbonate-bearing metasediments: the Navachab gold deposit,Namibia

The Navachab gold deposit in the Damara belt of central Namibia is hosted by a near-vertical sequence of amphibolite facies shelf-type metasediments, including marble, calc-silicate rock, and biotite schist. Petrologic and geochemical data were collected in the ore, alteration halos, and the wall rock to evaluate transport of elements and interaction between the wall rock and the mineralizing fluid. The semi-massive sulfide lenses and quartz–sulfide veins are characterized by a complex polymetallic ore assemblage, comprising pyrrhotite, chalcopyrite, sphalerite, and arsenopyrite, native bismuth, gold, bismuthinite, and bismuth tellurides. Mass balance calculations indicate the addition of up to several orders of magnitude of Au, Bi, As, Ag, and Cu. The mineralized zones also record up to eightfold higher Mn and Fe concentrations. The semi-massive sulfide lenses are situated in the banded calc-silicate rock. Petrologic and textural data indicate that they represent hydraulic breccias that contain up to 50 vol.% ore minerals, and that are dominated by a high-temperature (T) alteration assemblage of garnet–clinopyroxene–K-feldspar–quartz. The quartz–sulfide veins crosscut all lithological units. Their thickness and mineralogy is strongly controlled by the composition and rheological behavior of the wall rocks. In the biotite schist and calc-silicate rock, they are up to several decimeters thick and quartz-rich, whereas in the marble, the same veins are only a few millimeters thick and dominated by sulfides. The associated alteration halos comprise (1) an actinolite–quartz alteration in the biotite schist, (2) a garnet–clinopyroxene–K-feldspar–quartz alteration in the marble and calc-silicate rock, and (3) a garnet–biotite alteration that is recorded in all rock types except the marble. The hydrothermal overprint was associated with large-scale carbonate dissolution and a dramatic increase in CO₂ in the ore fluid. Decarbonation of wall rocks, as well as a low REE content of the ore fluid resulted in the mobilization of the REE, and the decoupling of the LREE from the HREE. The alteration halos not only parallel the mineralized zones, but may also follow up single layers away from the mineralization. Alteration is far more pronounced facing upward, indicating that the rocks were steep when veining occurred. The petrologic and geochemical data indicate that the actinolite–quartz– and garnet–clinopyroxene–K-feldspar–quartz alterations formed in equilibrium with a fluid (super-) saturated in Si, and were mainly controlled by the composition of the wall rocks. In contrast, the garnet–biotite alteration formed by interaction with a fluid undersaturated in Si, and was mainly controlled by the fluid composition. This points to major differences in fluid–rock ratios and changes in fluid composition during alteration. The alteration systematics and geometry of the hydrothermal vein system are consistent with cyclic fluctuations in fluid pressure during fault valve action. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

蒙古国伊罗河铁矿床地质特征及找矿标志

蒙古国伊罗河铁矿床属于华力西晚期形成的接触交代型铁矿床,探获资源量近10×10⁸t,矿床平均品位＞50%,外围有多个探明铁矿产地及找矿远景区,周边潜在资源量30×10⁸~40×10⁸t。为探讨该区域接触交代型铁矿床的成矿地质规律,本文从伊罗河铁矿的成矿地质背景、矿区地层、构造、岩浆岩、变质作用分析入手,以其东矿段Ⅰ号矿体为例详细论述矿体形态、规模、产状、赋矿岩性特征,通过矿石样品测试分析阐述矿物组成特征、化学成分、矿石结构构造、磁铁矿粒度及成矿阶段等,初步总结了矿床成因和找矿标志。     

接触交代夕卡岩型多金属矿床铅源新认识

本文研究的接触交代夕代岩型多金属（铜－铅－锌）矿床是与燕山期中－酸性岩浆作用有密切关系的矿床工业类型，传统上认为成矿物质是岩浆分异的产物。文中用矿石铅、岩浆岩铅及围岩铅同位素组成，探讨了三者之间的关系，阐明了该类矿床矿石铅的三种来源，即单一的岩浆源，岩浆与围岩混合源及多元（三种以上）混合源，认为在运用铅同位素研究矿石成因时，既要研究矿石铅，也要研究岩浆岩长石铅和围岩（沉积岩）铅的同位素组成，并考虑     

Results of Back-Analysis of the Propagation of Rock Avalanches as a Function of the Assumed Rheology

Summary. Numerical simulation can provide a useful tool for investigating the dynamics of phenomena like rock avalanches, within realistic geological contexts and in the framework of a better risk assessment and decision making. Difficulties in numerical modelling of a heterogeneous moving mass are mainly linked to the simulation of the complex behaviour assumed by the mass during propagation. The numerical code RASH3D, based on a continuum mechanics approach and on the long wave approximation, is used to back-analyse two cases of rock avalanches: Frank (1903, Canada) and Val Pola (1987, Italy). The two events are characterised by approximately the same volume (about 30 × 10⁶ m³) while the run out area morphologies are widely different. Three alternative “rheologies” (Frictional, Voellmy and Pouliquen) are used. Comparison among obtained results underlines that the validation of a “rheology” requires not only a good agreement between the numerical simulation results and the run out area boundaries but also in term of depth distribution of the mass in the deposit. In case of a Frictional rheology, the obtained calibrated dynamic friction angle values are in a range of 15 ± 1° for both the cases; while assuming a Pouliquen or a Voellmy rheology it emerges a different behaviour of rheological parameters for each of the considered events. Besides the calibration of rheological parameters to better back-analyse each of the considered events, it is investigated how the behaviour due to the assumed rheology is influenced by the geometry of the run out area (e.g. narrow or broad valley). Authors’ addresses: Marina Pirulli, Department of Structural and Geotechnical Engineering, Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi, 24, 10129 Torino, Italy; Anne Mangeney, Equipe de Sismologie, Institut de Physique du Globe de Paris, Université Denis Diderot, 4 Place Jussieu, 75005 Paris, France