复杂工程条件下地表和岩层稳定性技术研究
发布时间：2011-08-25 浏览数:1632
本项目属于矿山工程领域。随着我国国民经济的飞速发展，地下资源开采的规模和深度越来越大，采动区引起地表和岩层移动，对矿山安全生产、矿区人民生产、生活及环境造成重大影响。因此，采动区岩层与地表移动规律研究是目前采矿工程、岩土工程、环境工程领域亟待解决的重大课题。为此，本项目采用地质调查、地球物理探查、物理模型试验、现场监测、数值模拟等综合手段，系统研究了采动岩体的宏细观力学特性、采动岩体工程围岩应力场和位移场的演化规律、采场顶板的地压显现规律、采动区地表和岩层的移动规律及其控制技术等。
主要科学内容(1)提出了多波多分量地震探测、地质雷达探测和瞬变电磁波反演理论确定采动区岩体细观力学参数的原理和方法，建立了采动岩体宏观力学参数和细观力学参数之间的关系，确定了采动岩体物理力学特性，采动岩体的损伤本构模型和非线性强度准则、基于GIS系统建立了矿区三维地质模型。(2)提出了岩体结构分析和结合声发射效应测量地应力的方法，利用岩体结构分析法确定了地应力的方向，根据Db4小波基消除声发射信号的噪音，通过混沌时序法研究了消除声发射噪音的效果，发现了岩石声发射信号具有混沌特性，并确定了地应力的大小。(3)基于现场监测和多尺度数值模拟技术，揭示了采动区地表和岩层的移动规律，采动岩体工程围岩应力场和位移场的演化规律，能量聚集－传递－释放规律，以及采动岩体工程围岩结构和力学行为的演化规律，确定了回采和充填方案对地表和岩层移动的影响，揭示了采动区地压的显现规律、地表和岩层的移动规律。(4)提出了采动区地表和岩层移动关键控制技术，构建了岩体损伤破坏非线性效应的精细化建模理论与方法，利用多尺度数值模拟技术优化了采场结构参数、回采和充填方案，建立了基于宏细观力学理论的采动岩体工程稳定性评价系统，提出了通过优化采场结构参数、回采和充填方案控制地表和岩层移动的技术方法。
主要技术经济指标：采用本项目提出的采动区地表和岩层移动关键控制技术可以使采动岩体的强度变形100%处于安全允许范围。项目的核心内容授权国家发明专利1项，发表SCI收录论文28篇、EI收录论文100多篇。这些论文已被本学科国际顶级刊物Int J Nonlin. Sci. Num.（影响因子8.479），Int J Rock Mech Min. Sci.等引用，研究成果揭示了采动岩体的变形和破坏规律，丰富、发展和完善了岩石力学理论。
该成果广泛应用于采矿工程和土木工程、水利工程、交通工程等领域，已得到南京栖霞山铅锌矿等一些国内重大工程的应用验证，取得了显著的经济效益与社会效益。