宝钢集团新疆八一钢铁有限公司 巴州敦德矿业有限责任公司 新疆维吾尔自治区 830000
摘要：在目前的生产实践中，岩石力学主要服务于相对复杂矿山的设计和开采实践，其复杂性主要表现为潜在问题超出了既往认识和经验，需要开展专门的论证工作，论证手段包括经验方法、解析方法、和数值方法等，其中的经验方法和解析方法适合于既往积累比较充分、或者说需要解决的问题不够“特殊”的情形，数值方法不仅可以解决一般性问题，而且是论证超越既往经验和认识的重要手段，因此在认识和解决复杂、尤其是极其复杂问题时往往更能体现其优势。
关键字：解析方法；数值方法
敦德铁矿矿山开采岩石力学研究涉及多个方面的具体问题，如采过程上覆围岩崩落破坏及其引起的地表塌陷、井巷布置合理性、井巷稳定和岩爆风险等，这些问题研究关注的重点不同，一些相对常规、另一些则异常复杂。但这些问题之间有着共性的一面，即所有问题都和开采活动相关，因此，在采用数值计算回答与开采相关的问题时，需要统筹规划，最大程度满足研究所有这些问题的需要。另一方面，各问题之间在涉及的范围和具体因素等方面又存在一定差异，严格意义上讲，在条件成熟时，还针对具体问题特点开展细致一些的分析工作，使得研究成果更具针对性。在目前条件下敦德铁矿岩石力学数值计算的重点是研究崩落发展过程及其导致的地表沉陷，这也是目前解决矿山设计、建设关心的重点环节。
1、0号勘探线剖面开采围岩冒落与地表塌陷分析
统计0号勘探线剖面开采过程中地表岩层的沉降量与倾斜量（图7.82），可以得到以下规律：
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（A）沉降量单位：m （B）倾斜量单位：m/m
图7.820号勘探线剖面地表岩层沉降量与倾斜量
1.1敦德铁矿一期开采过程中（开采至3912m水平），0号勘探线剖面矿体开采围岩冒落和地表变形区域主要集中在矿体上盘围岩区域，第一分层开采以后顶拱就出现了较大扰动，随着开采的进行，围岩以冒落拱的形式逐渐向上发展。当开采到3912m水平时，围岩移动范围会有一个明显的扩大，冒落已发展到地表，应力平衡拱遭到破坏。统计地表上各点的沉降值，其位移最大值为1.2m，因此敦德铁矿一期开采围岩会发生冒落，并在地表出现一定范围的显现。
1.2敦德铁矿二期开采过程中（开采范围为3788m~3912m之间矿体），0号勘探线剖面矿体开采围岩冒落和地表变形区域主要集中在矿体上盘围岩区域，地表发生明显崩落，围岩冒落和地表塌陷范围向左右两侧进一步扩大，整体沉降向筒型陷落发育。当开采至0号勘探线剖面最后一分层时，地表最大沉降量已达4.5m左右，地表已出现较大范围的崩落。
1.3根据地表的沉降变形的倾斜量可以发现，最大的倾斜量为35~40mm/m，参考我国《岩土工程勘察规范GB50021-2001》（规定地表倾斜大于10mm/m，不宜做建筑物场地）可知，敦德铁矿开采过程中，围岩冒落及地表变形明显，在0号勘探线剖面上会出现明显的沉陷问题。
2、8号勘探线剖面一期开采围岩冒落与地表塌陷分析
统计8号勘探线剖面开采过程中地表岩层的沉降量与倾斜量（图7.85），可以得到以下规律：
2.1敦德铁矿一期开采过程中（开采至3912m水平），8号勘探线剖面矿体开采围岩冒落和地表变形区域主要集中在矿体上盘围岩区域，前两层开采过程中围岩无明显冒落变形，随着开采的进行，围岩以冒落拱的形式快速向上发展。当开采到3912m水平时，围岩移动范围会有一个明显的扩大，冒落发展至地表。统计地表上各点的沉降值，最大值达4m左右，因此敦德铁矿一期开采围岩会发生冒落，并且山坡出现变形垮落。
2.2敦德铁矿二期开采过程中（开采范围为3788m~3912m之间矿体），8号勘探线剖面矿体开采地表出现塌陷，受地表山坡地形的影响，边坡出现崩塌，地表破坏范围明显增大，随着开采的进行，崩落范围继续增大，从3843.5m开始，崩落区在地表变化非常微弱，主要在内部呈现向四周扩散的特点，且基本限于开采区上部。当开采至8号勘探线剖面最后一分层时，地表最大沉降量已16-18m左右，地表已出现较大范围的崩落。
2.3根据地表的沉降变形的倾斜量可以发现，倾斜量大部分大于10mm/m，因此敦德铁矿开采过程中，围岩冒落及地表变形明显，在8号勘探线剖面上会出现明显的沉陷问题。
3、12号勘探线剖面一期开采围岩冒落与地表塌陷分析
统计12号勘探线剖面开采过程中地表岩层的沉降量与倾斜量（图7.87），结合开采过程位移云图（图7.88），可以得到以下规律：
3.1敦德铁矿一期开采过程中（开采至3912m水平），12号勘探线剖面矿体开采围岩冒落和地表变形区域主要集中在矿体上盘围岩区域，前两层开采过程中围岩无明显冒落变形，随着开采的进行，围岩以冒落拱的形式快速向上发展。当开采到3912m水平时，受地表山坡地形的影响，边坡出现变形，围岩移动范围会有一个明显的扩大，冒落发展至地表。统计地表上各点的沉降值，最大值达4m左右，因此敦德铁矿一期开采围岩会发生冒落，并且山坡出现变形垮落，围岩冒落会发展至地表水平。
3.2敦德铁矿二期开采过程中（开采范围为3788m~3912m之间矿体），12号勘探线剖面矿体开采地表出现塌陷，地表破坏范围明显增大，随着开采的进行，崩落范围继续增大，初始时崩落区增大速度较快，当开采至某一水平时，崩落区增大速度明显减缓。从3859m开始，崩落区在地表变化非常微弱，主要在内部呈现向四周扩散的特点，且基本限于开采区上部。当开采至8号勘探线剖面最后一分层时，地表最大沉降量已达17m左右，地表已出现较大范围的崩落。
3.3根据地表的沉降变形的倾斜量可以发现，倾斜量大部分大于10mm/m，因此敦德铁矿开采过程中，围岩冒落及地表变形明显，在12号勘探线剖面上会出现明显的沉陷问题。
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（A）沉降量单位：m （B）倾斜量单位：m/m
图7.858号勘探线剖面地表岩层沉降量与倾斜量
4、结语
本文主要结合采矿过程对其冒落过程、地表塌陷范围进行了描述主要得出以下结论：
4.1敦德铁矿开采过程中并没有出现明显的应力集中现象，一方面是由于敦德铁矿属于高山型矿床，矿山初始应力场不大，属于低应力区；另一方面随着进行，采空区形态变得“宽广”，不利于形成应力集中，塌陷区发展方向受矿体走向和地表自然山坡的影响，主要往北、往西渐进式发展。
4.2受自然山坡的影响，矿体开采对上盘岩体的影响较大，岩体移动的范围大于下盘岩体，表现出明显的不对称性，在开采初期尤为明显。塌陷区发展方向受矿体走向和地表自然山坡的影响，主要往北、往西渐进式发展。
参考文献
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[5]《岩土工程勘察规范》GB50021-2001
[6]采矿用岩体分值地质力学分类法，LaubscherD.H.等