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第2期 蔡美峰等：北名河铁矿开采沉陷预计及地表变形监测与分析 111 数(subsidence factor),主要影响角，水平移动系数 (horizontal factor)和时间系数(time factor) 原则上，下沉系数、水平移动系数、主要影响角 和时间参数均应根据实测数据确定，北名河铁矿是 一座新建矿山，只有半年左右的观测资料，观测是 在地表出现严重采动影响后进行的，从安全考虑，在 重要的最大下沉，点和拐点附近没有设观测点，由于 以上原因，很难仅通过实测资料来确定预计所需参 数，需综合考虑并在今后的实测资料基础上不断修 正预计参数 70140m 北洛河 3开采沉陷预计和地表变形分析 图4主断面位置 3.1开采沉陷预计 Fig.4 Place of main sections MSDAS-GIS系统可以对采场的不同采区进行 连续模拟开采，并将不同阶段开采沉陷情况动态表 对AB和CD两个主断面的沉陷值、斜率、曲 现出来.针对北名河铁矿开采实际情况，仅对 率、水平位移和水平变形及其相互关系进行进一步 一50m水平采场整体进行开采沉陷预计结果进行分 的分析，A、B、C、D四点均位于沉陷盆地边界上，A、 析，最终稳态沉陷盆地如图3所示 C两点分别为主断面AB和CD变形分析图中的 坐标原点，分析结果如图5所示. 从图5可以看出：AB主断面曲线为典型的开 开采沉路值mm 采沉陷剖面形式，斜率值、曲率值、水平位移值和水 ☐8043 8000-7000 平变形值均沿指向采空区方向从零逐渐增大，在 通西风并公路 ■7000-6000 6000-5000 150m处，曲率值和水平变形值均达到第1个正的 15000-4000 14000-3000 极大值，分别为0.6mmm-2和28mmm1.在200 30002000 2000-1000 m处，倾斜值和水平位移值均达到正的最大值，分别 北洛河 ■1000-10 为60mmm和2800mm;此时曲率值和水平变形 ■10-0 值均为零，随后地表倾斜值和水平位移值逐渐减 小，在280m处均为零；此时曲率值和水平变形值均 图3开采沉陷预计结果 Fig-3 Prediction results of mine subsidence 达到负的最大值，分别为一1.1mm·m-2和 -48mmm-1.地表倾斜值和水平位移值在370m 利用GIS空间分析功能对预计结果进行进一 处均达到负的最大值，分别为一58mmm一和一2 步分析可知，当一50m水平采场全部采完后，最终 750mm;此后，地表倾斜值和水平位移值逐渐增大， 稳态沉陷盆地范围波及到破选厂、团城乡铁矿、选厂 在590m处均为零.在420m处，曲率值和水平变形 和至玉石洼的公路，这四处地表的最大的沉陷值分 值均达到第2个正的极大值，分别为0.58mmm-2 别为2545,1708,1065和2150mm,最大倾斜分别 和27mm·m;此后，均逐渐减小在590m处均 为27,12,8和14mmm1,超过我国一般砖木结 为零， 构允许的临界变形值3mmm,因此上述区域内 CD主断面为非典型的开采沉陷剖面形式，经 的建筑物将发生严重破坏， 过分析，是由于采场的特殊形状造成的，采场沿 以地表沉陷10mm为界限，一50m水平采场开 CD剖面方向的断面尺寸不是相同的，而是先变大， 采完毕后，最终形成一个810m×565m的沉陷盆 再变小，正是由于这种断面尺寸效应形成了CD主 地，沉陷面积达35万m2.稳态沉陷盆地边界离河 断面特殊的剖面形式， 堤最近距离为138m,河堤未受到开采沉陷影响. 从图5可以看出：CD主断面曲线左侧仍为典 3.2地表变形分析 型的开采沉陷剖面形式，斜率值、曲率值、水平位移 取开采沉陷盆地两个主断面进行进一步的分 值和水平变形值均沿指向采空区方向从零逐渐增 析，主断面位置如图4所示. 大.在150m处，曲率值和水平变形值均达到第1数（subsidence factor）主要影响角水平移动系数 （horizontal factor）和时间系数（time factor）． 原则上下沉系数、水平移动系数、主要影响角 和时间参数均应根据实测数据确定．北 河铁矿是 一座新建矿山只有半年左右的观测资料．观测是 在地表出现严重采动影响后进行的从安全考虑在 重要的最大下沉点和拐点附近没有设观测点．由于 以上原因很难仅通过实测资料来确定预计所需参 数需综合考虑并在今后的实测资料基础上不断修 正预计参数． 3 开采沉陷预计和地表变形分析 3∙1 开采沉陷预计 MSDAS-GIS 系统可以对采场的不同采区进行 连续模拟开采并将不同阶段开采沉陷情况动态表 现出 来．针 对 北 河 铁 矿 开 采 实 际 情 况仅 对 －50m水平采场整体进行开采沉陷预计结果进行分 析最终稳态沉陷盆地如图3所示． 图3 开采沉陷预计结果 Fig．3 Prediction results of mine subsidence 利用 GIS 空间分析功能对预计结果进行进一 步分析可知当－50m 水平采场全部采完后最终 稳态沉陷盆地范围波及到破选厂、团城乡铁矿、选厂 和至玉石洼的公路这四处地表的最大的沉陷值分 别为254517081065和2150mm最大倾斜分别 为27128和14mm·m －1超过我国一般砖木结 构允许的临界变形值3mm·m －1因此上述区域内 的建筑物将发生严重破坏． 以地表沉陷10mm 为界限－50m 水平采场开 采完毕后最终形成一个810m×565m 的沉陷盆 地沉陷面积达35万 m 2．稳态沉陷盆地边界离河 堤最近距离为138m河堤未受到开采沉陷影响． 3∙2 地表变形分析 取开采沉陷盆地两个主断面进行进一步的分 析主断面位置如图4所示． 图4 主断面位置 Fig．4 Place of main sections 对 A－B 和 C－D 两个主断面的沉陷值、斜率、曲 率、水平位移和水平变形及其相互关系进行进一步 的分析A、B、C、D 四点均位于沉陷盆地边界上A、 C 两点分别为主断面 A－B 和 C－D 变形分析图中的 坐标原点分析结果如图5所示． 从图5可以看出：A－B 主断面曲线为典型的开 采沉陷剖面形式斜率值、曲率值、水平位移值和水 平变形值均沿指向采空区方向从零逐渐增大．在 150m 处曲率值和水平变形值均达到第1个正的 极大值分别为0∙6mm·m －2和28mm·m －1．在200 m 处倾斜值和水平位移值均达到正的最大值分别 为60mm·m －1和2800mm；此时曲率值和水平变形 值均为零．随后地表倾斜值和水平位移值逐渐减 小在280m 处均为零；此时曲率值和水平变形值均 达到 负 的 最 大 值分 别 为 －1∙1 mm ·m －2 和 －48mm·m －1．地表倾斜值和水平位移值在370m 处均达到负的最大值分别为－58mm·m －1和－2 750mm；此后地表倾斜值和水平位移值逐渐增大 在590m 处均为零．在420m 处曲率值和水平变形 值均达到第2个正的极大值分别为0∙58mm·m －2 和27mm·m －1 ；此后均逐渐减小在590m 处均 为零． C－D 主断面为非典型的开采沉陷剖面形式经 过分析是由于采场的特殊形状造成的．采场沿 C－D剖面方向的断面尺寸不是相同的而是先变大 再变小正是由于这种断面尺寸效应形成了 C－D 主 断面特殊的剖面形式． 从图5可以看出：C－D 主断面曲线左侧仍为典 型的开采沉陷剖面形式斜率值、曲率值、水平位移 值和水平变形值均沿指向采空区方向从零逐渐增 大．在150m 处曲率值和水平变形值均达到第1 第2期 蔡美峰等： 北 河铁矿开采沉陷预计及地表变形监测与分析 ·111·