大型复杂采空区群的稳定性数值分析及隐患区域预测

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2022.03.176

摘要/Abstract

摘要：

大型采空区灾害存在突发性与破坏范围大等特点，如何对采空区灾害进行有效的预防和控制是采空区隐患治理的重要工作。以某矿山为背景，利用井下无人机三维激光扫描系统对采空区进行精细探测，并利用Geomagic对模型进行优化，然后利用FLAC3D进行采空区稳定性分析，确定了大型复杂采空区的隐患区域；将圈定的隐患区域与现场采空区实际冒落情况进行对比，验证了采空区空间结构演化结果与数值分析结果相吻合，证实了该数值分析方法的可靠性。最后基于采空区三维激光扫描结果，再次对采空区进行数值分析，重新圈定采空区的隐患区域。研究结果为矿山采空区安全隐患识别和治理措施的制定提供了科学依据。

关键词: 大型采空区群, 三维激光扫描, 无人机, 数值计算, 隐患治理

Abstract:

The governance of large and complex goaf groups is a long-term process.Aiming at the mined-out area groups at different control stages，the formulation of scientific and reasonable control plans plays a vital role in the safety of mine production.After years of mining in an underground mine，a large number of mined-out areas have been formed.Due to the long existence of the mined-out areas，the upper and lower middle sections of some mined-out areas and adjacent panels have caving through，forming a large and complex group of mined-out areas，which seriously threatens the safe production of the mine.At present，numerical simulation is one of the effective methods to analyze the stability of the goaf.However，in the process of numerical analysis，for complex and large goaf groups，there is a direct conversion of the three-dimensional laser point cloud data into a computable grid model.Difficulties such as huge number of grids，long calculation time，inability to converge or even calculation.In order to obtain a calculable high-precision goaf group model，first use 3D laser scanning to scan and detect the goaf group to obtain an accurate 3D model of the goaf.Due to the large amount of point cloud data from the 3D laser scanning，it is passed through Geomagic-Midas Coupling modeling，processing the model under the condition of ensuring that the basic shape of the model is not distorted，and obtaining a computable numerical model of the goaf group.Then use FLAC3D to perform numerical calculations on the goaf group，according to the stress cloud diagram，displacement cloud diagram and plasticity area distribution map，preliminary analysis of the entire goaf group.And at the same time，according to the displacement instability criterion，the roof hidden danger areas of No.1 large goaf and No.3 medium goaf are determined.The simulation calculation results were compared with the site caving detection results verifies the reliability of the numerical simulation method.Due to the occurrence of local caving，the roof stress of the goaf group is redistributed，so the secondary numerical simulation of the goaf group after the caving was carried out，and the scope of the hidden danger area was predicted.The research results provide a scientific basis for the identification of safety hazards and the formulation of control measures in the mine goaf.

Key words: large-scale goaf group, 3D laser scanning, unmanned aerial vehicle, numerical calculation, hidden danger treatment

中图分类号:

TD325.3

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图/表 13

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参考文献 0

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采空区编号	体积/m³	类型	采空区编号	体积/m³	类型
1	672 843	大型	14	3 744	小型小型小型小型小型小型小型小型小型小型小型小型
2	234 525	中型中型	15	3 539
3	212 618	中型中型	16	3 332
4	61 840	小型小型小型小型小型小型小型小型小型小型	17	3 077
5	58 802		18	2 863
6	57 808		19	2 741
7	51 875		20	2 712
8	46 410		21	2 592
9	27 612		22	2 584
10	24 308		23	2 563
11	18 301		24	2 496
12	5 529		25	2 073
13	4 365		合计	1 511 152

岩体类别	密度/（kg·m^-3）	抗拉强度/MPa	内聚力/MPa	内摩擦角/（°）	剪切模量/GPa	体积模量/GPa
变钠质熔岩	2.93	0.230	2.679	50.29	4.637	6.449
磁铁矿	3.05	0.971	3.545	47.15	6.083	9.237

顶板下沉位移	顶板稳定性
<10 mm	基本无影响
10~40 mm	顶板相对稳定
40~75 mm	顶板极易破坏
>75 mm	顶板破坏

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