基于C-ALS实测的采空区稳定性数值分析

用建模软 件 Ｓ ｕ ｒ ｐ ａ ｃ 构 建空 区地质模 型 。在此 基 础上 ， 利 用 数据 耦 合在 Ｆ Ｌ ＡＣ ∞生成 高仿
真 力 学模 型 ， 有效提 高 了采 空 区稳 定性 分析 的 准确 性 和 可 靠性 。通 过 井水 寨 萤石 矿 采 空
区稳 定性数值 模拟 分析 实践 ， 对 井水寨 萤石矿 ＋１ ２ ０ ｍ 水 平西 区空 区进 行静 力计 算 ， 分 析 空 区稳 定性 ， 为矿 山安 全 生产提供 科 学的 建议 措施 。
现 实意 义 。通 过 Ｃ— ＡＬ Ｓ空 区 扫 描 生 成 点 云数 据
随着 计算 机 技 术 的发 展 ， 数 值模 拟 分 析技 术 在 采 矿工 程等 领域 得 到 了快 速 发 展 和广 泛 应 用 ， 这 使
采 空 区 在 工 程 治 理 前 的 稳 定 性 分 析 计 算 成 为 可
态、 实际边 界 以及 顶板 冒落 、 围岩垮塌 状况 等信 息是 很 有 必要 的 。获 取采 空 区三维信 息最 直 观的方 法就 是建 立基 于实测 的采 空 区 三维 可 视 化模 型 ， 以及 转 换成 可计 算 的数值 模 型 ， 这 样 提 高 了稳 定 性 数 值 计 算 的准确 率 ， 对分 析工 程 结 构 的稳 定 性 具 有 重 大 的
张耀 平 ， 黄 彬 ， 彭 林 ， 卢 志 刚
（ １ ． 江西理 工大 学 应 用科 学学 院 ， 江西 赣州 市 ３ ４ １ ０ ０ ０ ； ２ ． 江西理 工大 学 资源 与环境 工程 学院 ， 江西 赣 州市 ３ ４ １ ０ ０ ０ ）
摘 要 ： 采 用 Ｃ—ＡＬ Ｓ对 地 下 采 空 区进 行 探 测 ， 准确 获取 采 空 区三 维形 状 及 空 间位 置 ， 应
关 键词 ： Ｃ — ＡＬ Ｓ ； 采 空 区； 稳 定性 分析 ； 数值 模拟 ； Ｓ ｕ ｒ ｐ ａ ｃ ； Ｆ Ｌ ＡＣ ∞
０ 前 言
采空 区是 采矿生 产 活动 中必 然形 成 的地下 岩体
合治理选择提供依据。
１ 计 算 模 型 的建 立
１ ． １ 空 区数 据 的获取 在对 采 空 区进 行稳 定 性 分 析前 ， 掌握 其 赋存 状
生成 高仿 真力 学模 型 ， 对 空 区进 行静 力 计 算 及 稳定 性 分析 ， 这样 可 以有 效 的提 高 采 空 区稳 定 性 分 析 的
准 确性 和可靠 性 ， 从 而 为采 空 区 的稳 定性 评 价 和 综
＊ 基 金 项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 项 目（２ ３ ２ ４ ２ ３ ２ ３）； 江西 理 工 大 学 博 士 科 研 基 金 资 助 项 目（ ｉ ｘ ｘ ｊ ｌ １ ３ ８ ）
１ ． ２ 空 区实体建 模及块 体模 型 建立
为建立 采空 区三 维模 型 ， 先 采 用 Ｃ—ＡＩ Ｓ对 空
区进 行精 密探测 ， 借助 Ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ Ｓ ｃ ａ ｎ将 获 得 “ ． ｍｄ ｌ ” 格 式 的原始数 据 文 件 转 换 成 “ ． ｓ ｔ ｒ ” 格 式的文件， 结 合 Ｓ ｕ ｒ ｐ ａ ｃ 软件生成采 空区三维实体 模型， 如图 １
真实反 映 出空 区实 际情 况 ， 导致 稳 定 性 分 析 的结 果 精 确度 较低 ， 有 时甚 至得 出相反 的结论 。
本 文采 用 三维激 光 空 区探 测 技术 （ Ｃ —Ａ Ｌ Ｓ ） 对 井水 寨 萤石 矿 先 期 形 成 的 民采 采 空 区 进 行 精 密 探 测， 在 准确 获取 采 空 区三 维 形 状及 空 间位 置 的基 础 上， 应 用 建 模 软件 Ｓ ｕ ｒ ｐ ａ ｃ构 建 采 空 区 三 维 地 质 模
能ｌ 】
。然 而在 分 析 计 算 过 程 中 ， 由 于过 多 地 简
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并 自动 保 存 为数 据 文 件 ， 利 用 Ｃ— ＡＬ Ｓ 自带 软 件
Ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ Ｓ ｃ ａ ｎ进行 处理 ， 生成 与 实 际 空 区情 况 对 应 的 表 面模 型＿ ２ ］ 。
化 了空 区形 状 ， 使 得建 立 的空 区模 型 过于简 单 ， 无 法
Ｉ Ｓ ＳＮ ｌ６ ７１ — ２ ９ Ｏ０
采 矿技 术 第 １ ３卷 第 ３期
Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｖｏ １ ． １ ３ ， Ｎｏ ． ３
２ Ｏ１ ３年 ５月
Ｍａ ｖ ２ ０１ ３
ＣＮ ４ ３ —１ ３ ４ ７ ／ ＴＤ
基 于 Ｃ— ＡＬＳ 实 测 的 采 空 区 稳 定 性 数 值 分 析
所示 。
型； 将 此块 体模 型 的质心 坐标 导 出成 文本 格式 ， 利用 数据 接 口程 序 ， 将 导出的质心坐标转换成 Ｆ Ｌ ＡＣ 能直 接读 取 的文 本 格 式 ； 利用数据耦合在 Ｆ Ｌ ＡＣ ∞
在Ｓ ｕ ｒ ｐ ａ ｃ 中打开 空 区实体 模型 ， 查 询 出空 区空 间范 围 ， 添加 模 型 边 界 约束 条 件 （ 取 空 区 半 径 的三 倍） ， 模型 范 围确定后 创建 块体模 型 。在 已建立 好 的 块体 模 型 中添 加地 表约束 文件 及空 区约束 条 件后 生 成 空 区实测 的块体 模 型 ， 该 模 型 的 建立 有 效 的提 高
结构 形态 。 目前 矿 山大量 采空 区特 别是一 些 民采不 明空 区 的存在 ， 使矿 山开 采工 程地 质条件 恶化 ， 严重 的有 可 能引发 岩体 大面 积 冒落 、 移 动和地 表塌 陷 ， 可
导致 人员 伤亡 和设备 破 坏 ， 因此 ， 如 何实 现对采 空 区 的有 效治 理得 到业 界 的普 遍重 视 。