由于金属矿山工程地质条件的复杂性,目前针对金属矿山开采引发的覆岩变形失稳规律和机理问题的研究尚不充分。而金属矿山的开采是一个复杂的力学问题,在开采活动的扰动下,采空区的围岩的原始应力状态将被打破,从而引起覆岩整体的应力重分布,从而达到新的应力平衡。当覆岩中存在一些软弱结构面时,这些软弱结构面将不断的发展。演化,并可能出现贯通,其对覆岩的失稳变形和地表的移动破坏具有明显的影响。本文主要研究对象为新疆镜儿泉矿区和甘肃金川矿区,其均为典型的急倾斜金属矿体,地质条件复杂,构造发育。其中新疆镜儿泉矿区上覆岩体节理大量发育,且其采用崩落法进行开采,节理在开采扰动下大量发育并贯通,最终引起顶板塌落,而甘肃金川矿区矿体为走滑断层所错动,其所开采矿体与断层直接接触,一旦断层活化所带来的覆岩失稳问题也将对矿山生产带来严重危害。因此根据这两个矿区实际的工程地质条件将这个实际问题抽象为节理扰动型覆岩失稳问题和断层扰动型覆岩失稳问题进行分析。本文通过资料搜集、工程地质调查、地表岩移GPS监测、理论分析和数值模拟等手段和方法,论述了金属矿山在不同结构面条件下地表变形规律及覆岩移动变形失稳特点和机理等相关问题。针对节理扰动型覆岩失稳问题,首先通过概念模型的方式介绍开采影响下岩桥发展演化的机理研究。对于岩体内部存在的尺度较小的节理裂隙群,节理间岩桥在工程活动扰动下易发生破裂最终导致破裂面的贯通,该部分在前人一些基础性的脆性微裂隙的发展贯通研究基础上,利用离散元模型分别模拟两组岩桥和四组岩桥在开采条件下破坏演化机制,其中中部岩桥为应力集中区域,当中部岩桥发生破裂后出现应力重分配,上下岩桥出现应力增大现象,而上部岩桥受到地表不均匀沉降影响较大,地表不均匀沉降越强烈越易于造成上部岩桥的破坏。对比两组不同岩桥数量的模型可知,较少的岩桥对应于较大的顶板竖直应力及较大的应力释放,增大了顶板塌落的风险。节理的倾角同覆岩破坏机制及地表变形特点也具有直接的关系。本部分采用三组对比实验,分别对比0°/90°,45°/45°,-20°/70°节理条件下岩移特点及变化机制。其中0°/90°条件下覆岩易于沿着竖直节理发展至地表,并形成筒式破坏,尤其在崩落法开采条件下,随采空区体积增大,岩体松动、冒落范围随之扩大,冒落程度增高到一定限度时空区发生完全坍塌充填。45°/45°条件下覆岩变形区域向下山方向出现偏移,位移相对较小,不易于发生贯通式破坏,不过对上盘地表影响大,影响范围广,且随着开采活动的进行其地表变形将继续发展。-20°/70°条件下开采过程前期地表变形主要受70°节理影响,集中于矿体地表投影偏上山方向,为主要塌落冒顶区,随后-20°节理影响逐渐得到显现,于矿体下山方向出现第二变形中心,该区域为拉裂隙的密集分布区。镜儿泉矿区受到三组节理的影响,覆岩破坏集中于采空区顶板围岩,在开采作用下,其结构面逐步发生松动活化,从而一定程度上促进了岩体变形的幅度和程度。随着进一步的开采,造成覆岩破坏的不平衡发展,而地表岩体移动、变形和破坏范围也有向外扩大的趋势,并且不同区域的破坏呈现两种不同的类型:地表岩移的压缩区,沿结构面发生剪切错断产生台阶状破坏,外区以拉伸破坏为主,拉张区沿着软弱结构面产生附加张应力,造成软弱结构面被错动并拉开。甘肃金川镍矿西二矿区采用充填法进行开采,2016年3月13日该矿区靠近断层区域出现大范围顶板整体塌落事故,且破坏贯通至地表,造成地表不均匀沉陷,此次覆岩塌落事故发生突然,冲击范围大造成巨大的破坏和严重的后果。针对矿山充填法开采所引起的覆岩突然失稳问题,至今国内外尚未形成成熟的理论成果和便于应用的预测方法。首先针对地表及巷道破坏进行了详细的调查,巷道破坏由下向上扩展发育,破坏最严重的中段为1610中段,上覆充填体完全塌落造成巷道闭合,且越靠近断层塌落量越大,1650中段巷道多出现尖顶式破坏并伴随底板突起,且破裂贯通至地表,引起地表出现沉陷盆地。根据以上现象可将此次塌落事件从力学机理上分为三部分:压力平衡拱模型、断层活化模型和悬臂梁模型。前期开采中断层面还未丧失支撑作用,采空区上覆上方塌落围岩范围扩大,两侧岩体支撑覆岩重量。随后断层接触面剪切力大于抗剪强度,断层失稳并伴随弹性能的释放,断层一侧由支撑端变为自由端,平衡拱模型转变为悬臂梁模型,覆岩作用下悬臂梁的支点处受到相当高的集中应力作用,当悬臂达到一定长度就会断裂,从而形成冲击地压,造成大范围塌陷失稳。就开采活动、断层活化和冲击失稳的关系而言,开采活动是断层活化的前提条件,而断层活化后所引发的断层滑移是巷道大规模冲击失稳的直接原因,其将大量势能转化为动能。本文以实际工程地质模型为基础,采用库仑剪切接触面单元模拟断层两侧的接触关系,通过数值计算手段,模拟开采过程中顶板位移变化特征,研究断层接触面上法向应力和剪切应力的时空演化规律,分析采动影响下断层的活化规律、断层活化引起的巷道顶板应力特征和失稳规律,以及开采扰动对断层接触面上应力状态的影响。模拟结果表明,开采过程中,不同的开采阶段断层接触面上法向应力和切向应力具有不同的发展演化规律。