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本文作者：葛文杰作者單位：長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司

1地下開(kāi)采對(duì)鐵路安全影響的類(lèi)比法分析

結(jié)合考慮礦體的賦存形態(tài)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件和擬采用的采礦方法及空區(qū)充填等情況，采用類(lèi)比法根據(jù)與礦山主要條件接近的礦山實(shí)測(cè)錯(cuò)動(dòng)角資料［1-2］，經(jīng)綜合分析后確定上盤(pán)及下盤(pán)巖石移動(dòng)角為70°，端部巖石移動(dòng)角為75°。武九鐵路等級(jí)為一級(jí)復(fù)線，根據(jù)《鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)條例》維護(hù)帶寬度應(yīng)達(dá)到20m［3］，保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)。根據(jù)端部巖石移動(dòng)角，礦體端部的巖層移動(dòng)影響范圍見(jiàn)圖2，按現(xiàn)有設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍，在AB剖面上地表巖移影響范圍將達(dá)到Ⅰ級(jí)鐵路維護(hù)帶內(nèi)，因此，在AB剖面上各礦體的開(kāi)采范圍需向西移，其中Ⅳ#礦體應(yīng)西移3．9m，Ⅲ#礦體應(yīng)西移6．5m，Ⅴ#礦體應(yīng)西移12．3m。在下一步的設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)選定的巖層移動(dòng)角，重新確定各中段的開(kāi)采邊界，以確保地下開(kāi)采后引起的巖層移動(dòng)影響范圍在鐵路安全維護(hù)帶以外。

2地下開(kāi)采對(duì)鐵路安全的三維數(shù)值模擬與分析

為了更進(jìn)一步分析地下開(kāi)采對(duì)武九鐵路的安全影響，采用FLAC3D三維數(shù)值模擬軟件對(duì)礦體回采后的力學(xué)行為進(jìn)行計(jì)算與分析。

（1）巖石力學(xué)試驗(yàn)與工程處理

首先應(yīng)充分了解礦體以及礦體周邊巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，采取了閃長(zhǎng)巖、納化閃長(zhǎng)巖、硬石膏、大理巖和粉砂巖5種巖石試樣，進(jìn)行了礦巖容重試驗(yàn)、單軸壓縮條件下礦巖力學(xué)特性試驗(yàn)以及劈裂抗拉試驗(yàn)。為了采用數(shù)值模擬進(jìn)行開(kāi)采擾動(dòng)影響，需要進(jìn)一步獲取和分析礦巖的強(qiáng)度參數(shù)。根據(jù)Hoek，Car-ranza-Torres提出的巖體破壞經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則［4-5］:σ1=σ3+(mi/σc+siσ2c槡)．σ''''1=σ''''3+σcimbσ''''3σci()+sa．式中，σ1、σ3為巖石破壞時(shí)最大、最小主應(yīng)力，MPa;σc為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa;m、s為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，m反映巖石軟硬程度，其取值在0．001～25，對(duì)于嚴(yán)重?cái)_動(dòng)巖體取0．001，堅(jiān)硬巖體取25;s反映巖體破碎程度，取值范圍0～1，破碎巖石取0，完整巖體取1。同時(shí)，根據(jù)室內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)和巖體RMR分級(jí)結(jié)果，采用Roclab軟件進(jìn)行計(jì)算，選取巖體計(jì)算力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表1。

（2）FLAC3D模型的建立

建模范圍:x方向?yàn)榈V體走向，其范圍:－500～500m;y方向范圍:－500～500m;z方向范圍:－1000～0m。模型x方向1000m，y方向1000m，z方向1000m;礦體單元大小5m×5m×5m，共計(jì)43．2萬(wàn)個(gè)單元，見(jiàn)圖3。

（3）數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

圖4為礦體、鐵路、勘探線空間關(guān)系圖，將其與礦體投影圖復(fù)合形成，從圖中可以看出礦體平面投影的位置。圖5為AB剖面地表整體位移下沉曲線圖，橫坐標(biāo)為AB線間距離，以A點(diǎn)為始點(diǎn)，B點(diǎn)為終點(diǎn)。3個(gè)箭頭指向從左到右分別為:I#2礦體正上方地表位移，即為最大位移處;13線與AB線交點(diǎn)處位移;鐵路所在處位移。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，鐵礦開(kāi)采后引起的地表最大位移為10．2mm，位于I#2礦體正上方地表處，該區(qū)域?yàn)榘霃?0m左右圓形，以此為中心，四周位移量逐漸減小。沿AB剖面13線距鐵路中心線的距離約154m，13線處地表位移為5．0～6．5mm，鐵路處地表位移為3．0～5．5mm。水平方向最大位移為1．24mm，鐵路處地表水平位移不超過(guò)0．5mm。計(jì)算結(jié)果表明，由于該鐵礦地下開(kāi)采后引起地表移動(dòng)的絕對(duì)值較小，在武九鐵路線路范圍的整體位移量?jī)H為3．0～5．5mm，開(kāi)采后造成的地表變形值小于保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)的建筑物允許變形值，也滿(mǎn)足鐵路相關(guān)規(guī)程中規(guī)定的兩股鋼軌水平允許差和軌距允許誤差要求。

(1)該鐵礦設(shè)計(jì)采用充填法開(kāi)采，控制了冒落與巖移的發(fā)展，根據(jù)國(guó)內(nèi)外礦山巖層移動(dòng)資料和礦山開(kāi)采技術(shù)條件分析，確定上盤(pán)及下盤(pán)巖石移動(dòng)角為70°，端部巖石移動(dòng)角為75°。(2)根據(jù)確定的巖層移動(dòng)角，按現(xiàn)有設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍，在AB剖面上地表巖移影響范圍將達(dá)到Ⅰ級(jí)鐵路維護(hù)帶內(nèi)，在下一步的設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)選定的巖層移動(dòng)角，重新確定各中段的開(kāi)采邊界，以確保地下開(kāi)采后引起的巖層移動(dòng)影響范圍在鐵路安全維護(hù)帶以外。(3)三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，礦體開(kāi)采后引起的地表最大位移為10．2mm，位于I#2礦體正上方地表處，武九鐵路線路范圍的整體位移量?jī)H為3．0～5．5mm，開(kāi)采后造成的地表變形值小于保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)的建筑物允許變形值，也滿(mǎn)足鐵路相關(guān)規(guī)程中規(guī)定的兩股鋼軌的水平允許差和軌距允許誤差要求。