不同工况下挂帮矿回采诱发边坡失稳的数值模拟研究

为探究无底柱分段崩落法开采挂帮矿对露天边坡稳定性的影响,以湖北某铁矿挂帮矿开采为工程背景,分析边坡在不同边坡倾角、矿体倾角和矿体埋藏深度等条件下坡体内第一主应力演变过程和裂纹扩展过程。结果表明:随着边坡倾角、矿体埋藏深度增加,塌落的松散岩体体积逐渐增大;随着矿体倾角增大,塌落的松散岩体体积呈现为先增大后减小的趋势。矿体倾角和矿体埋深一定的条件下,边坡倾角大于40°时的采空区不能完全容纳松散岩体;边坡倾角和矿体埋深一定的条件下,矿体倾角小于30°时的采空区不能完全容纳松散岩体。     

无底柱分段崩落法开采挂帮矿诱发边坡岩移的数值模拟

为探究无底柱分段崩落法回采挂帮矿的可行性,以四川某铜矿东露天1#挂帮矿开采为工程背景,建立了拉张破坏有限元模型,分析了挂帮矿在各分段回采过程中上部坡体内第一主应力演变过程和裂纹扩展过程。结果表明:各分段回采时,初始拉应力在坡面集中,裂纹在坡面产生后随主应力释放—转移—集中的过程不断向深部扩展,直至贯通采场;各分段矿石回采结束后形成的采空区能容纳塌落的松散岩体,无底柱分段崩落法开采挂帮矿诱发的边坡岩移可以得到有效控制,能满足露天坑底的安全生产条件。     

深凹高边坡急倾斜挂帮矿开采数值模拟分析

采用FLAC~(3D)数值模拟分析白云鄂博东矿挂帮矿开采对边坡岩体破坏、应力分布及位移特征的影响。结果表明:当首采位置L18m时,采空区前缘围岩塑性宽度不受其影响;挂帮矿的开采使边坡岩体应力向空区两侧移动而形成应力集中,采空区上部台阶岩体拉应力区呈"上向延伸"状态;挂帮矿的开采引起最大水平位移点上升至空区顶板水平,在一定条件下,边坡水平位移区形成"扩展"和"收缩"两种运动方式。当L18m时,边坡水平位移区不受首采位置的影响。     

露天地下楔形转接过渡诱导冒落控制边坡岩移危害技术研究

露天地下楔形转接过渡模式的安全管控是利用崩落法开采挂帮矿形成的塌陷坑阻止边坡岩移威胁露天采场,但地采扰动下的高陡边坡破坏过程不易控制,因而制约了楔形转接过渡模式在大型深凹露天矿山中的应用。针对上述问题,结合极限平衡分析方法,揭示出崩落法开采扰动下的高陡边坡渐进破坏规律,提出了边坡滑移体体积计算方法,以及通过调控回采顺序控制边坡滑移进程以实现塌陷坑完全承接边坡滑移体的边坡岩移危害控制技术。研究表明:边坡岩体不会随挂帮矿向下开采而发生持续破坏,只有当挂帮矿开采至关键分段时,边坡岩体受力状态超过极限平衡状态才发生滑移破坏,可通过滞后回采关键分段上盘三角矿延缓边坡滑移,以及通过滞后回采关键分段下盘矿体和采用下向阶梯状回采工作面增大塌陷坑容积,最终实现塌陷坑有序承接边坡滑移体。研究成果完善了大型深凹露天矿楔形转接过渡的安全管控方法,提高了楔形转接过渡模式的适用性。     

露天转地下挂帮矿开采边坡稳定性及失稳模式研究

为研究露天转地下挂帮矿的开采工作面倾角的布置方式对工作面上覆岩体应力与边坡失稳破坏模式的影响,以海南矿业公司露天边坡挂帮矿井采为例,采用理论计算和数值模拟相结合的方法对其进行了分析。结果表明:露天边坡下开采时工作面倾角的布置对边坡稳定性影响显著;工作面倾角由30°到-30°逐渐减小的过程中,工作面上覆岩体及露天边坡台阶变形量越大,边坡内上覆岩体内剪切应力集中程度和最大主应力集中程度越来越高,边坡失稳破坏的趋势增强;边坡围岩上部压力拱成拱机制较弱,开采工作面右端位移临界区域岩体的抗剪强度对边坡整体稳定性起到关键作用;露天边坡下开采边坡岩体不同区域可能发生的失稳破坏模式主要为张拉破坏—垮落破坏—剪切滑移破坏—剪切错动破坏—挤压鼓胀破坏。     

备战铁矿露天矿与挂帮矿同时开采稳定性研究

备战铁矿是正在由露天转井下生产的大型铁矿,挂帮矿采用分段空场法回采,地下矿体拟采用无底柱分段崩落法回采。挂帮矿必须与露天矿同时开采,才能在地下开拓工程建成前完成回采任务并形成覆盖层。挂帮矿采用分段空场法回采,地表不可避免会产生连续移动和变形,进而影响露天边坡的稳定性。利用FLAC软件建立过渡期备战铁矿露天边坡与挂帮矿同时开采的模型,选择合理的采场尺寸并模拟挂帮矿开采对露天边坡安全稳定性的影响。模拟结果表明,挂帮矿开采不会造成露天边坡大面积拉伸破坏,露天边坡基本稳定。     

备战铁矿露天矿及与挂帮矿同时开采稳定性研究

备战铁矿是正在由露天转井下生产的大型铁矿,挂帮矿采用分段空场法回采,地下矿体拟采用无底柱分段崩落法回采。挂帮矿必须与露天矿同时开采,才能在地下开拓工程建成前完成回采任务并形成覆盖层。挂帮矿采用分段空场法回采,地表不可避免会产生连续移动和变形,进而影响露天边坡的稳定性。挂帮矿和露天矿同时生产的安全成为备战铁矿亟需解决的迫切问题。利用FLAC三维建模软件建立过渡期备战铁矿露天边坡与挂帮矿同时开采的的分析模拟平台模型,选择合理的采场尺寸并模拟挂帮矿开采对露天边坡安全稳定性的影响。经模拟结果表明分析,得出挂帮矿开采对露天边坡不会造成严重的露天边坡大面积拉伸破坏,在进行挂帮矿开采时露天边坡基本稳定。     

高陡边坡下挂帮矿开采方法与稳定性分析

我国许多大中型露天矿山经多年开采形成高陡边坡,并积压大量挂帮矿,这部分矿体开采条件差,特别是露天转地下矿山,挂帮矿的安全高效开采对整个矿山的经济效益和生产安全具有重要影响。以庙沟铁矿露天转地下开采为背景,基于露天转地下开采的时空特征,提出一种低分段平底结构的分段矿房法。研究表明,这种方法可有效回采挂帮矿,且有利于采后边坡处理与覆盖层形成。采用有限元软件进行挂帮矿开采过程中边坡与采场稳定性数值分析,结果证实,低分段平底结构分段矿房法可安全、高效地回采高陡边坡下的挂帮矿。     

房柱式采空区影响下露天端帮煤开采安全控制技术

为了保障房柱式采空区影响下露天端帮煤的安全高效开采,采用瞬变电磁探测技术探明房柱式采空区与边坡的空间关系,运用自主研发锚固式多点位移计对端帮煤开采过程中的房柱式采空区顶板岩体进行了立体监测,并采用数值模拟对边坡临空面卸荷应力和顶板岩体垂直应力耦合作用下的岩体稳定性进行了分析,对端帮煤的开采方案进行了优化。研究结果表明:瓷窑塔矿南端帮存在复合采空区,其稳定性主要受3-1煤采空区影响,采空区距离2-2煤工作帮纵向埋深为30 m,嵌入露天采场横向距离为50 m;横向上各监测点呈现出"稳定-增长-再稳定"的位移趋势,远端帮监测点位移变化较为稳定;纵向上端帮煤的开采对采空区顶板浅层15 m以内的岩体影响较大,浅层顶板位移出现急剧增大的离层现象,离层区域出现是采空区顶板活化移动的前兆;端帮煤的开采使边坡出现滑移趋势,煤柱帮角岩体由边坡内及外出现"链式集中效应",采空区上部岩体出现明显的卸荷应力区域,埋深为15 m,端帮煤开采应采取保留端帮煤区段2,将台阶高度由15 m降为12 m的开采方案。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

石人沟铁矿露天边坡残采后稳定性分析

为最大限度地回收境界外矿石,使用平硐追脉开采露天边坡上的残留矿体,开采挂帮矿破坏了边坡岩体结构,使边坡岩体内应力重新分布,影响了边坡的稳定性。利用ANSYS有限元大型数值模拟分析软件,通过建立石人沟铁矿追脉开采露天高边坡三维数值模型,进行数值模拟计算,分析残采边坡的稳定性,得到如下结论:平硐追脉开采对石人沟铁矿露天边坡整体稳定性影响不大,残采边坡是稳定的,但应加强平硐硐口和采空区顶板的支护和管理,研究结果为安全开采1.43万t挂帮矿提供了理论指导。     

挂帮矿开采低段高无底柱留矿嗣后充填采矿法

残留在露天矿最终边帮上的挂帮矿赋存条件较为特殊,采用传统的地下开采方法开采挂帮矿时,露天矿最终边帮与地下采场的稳定性差、生产效率低。因此,提出低段高无底柱留矿嗣后充填采矿法用于开采位于露天矿最终边帮上的挂帮矿,该方法采用低段高回采,减小围岩的暴露面积;不留底柱,采用中深孔爆破落矿,铲运机出矿,生产效率高;将矿石暂时留在采场,回采后立即充填采空区能有效限制采空区围岩的变形;预留斜顶柱,能够有效提高采空区充填效果。将该方法用于开采大冶铁矿东露天尖ⅠN挂帮矿的开采,实践结果表明：在预留采场与边坡之间的保护矿柱的情况下,该采矿方法能有效保证挂帮矿开采过程中露天矿最终边帮的稳定和采场生产安全,高效地回收残留在露天矿最终边坡上的挂帮矿。     

挂帮矿开采引起的残采边坡位移场分布规律

平硐追脉开采挂帮矿破坏了边坡岩体结构,使边坡岩体内应力重新分布,影响了边坡的稳定性。利用ANSYS有限元大型数值模拟分析软件,通过建立石人沟铁矿追脉开采露天高边坡三维数值模型,进行数值模拟计算,分析残采边坡的稳定性,得到结论：平硐追脉开采对石人沟铁矿露天边坡整体稳定性影响不大,残采边坡是稳定的,但应加强平硐硐口和采空区顶板的支护和管理。     

含软弱夹层边坡破坏过程及其影响因素分析

为研究软弱夹层及边坡自身特征对边坡破坏过程的影响,基于拉张破坏原理,以内蒙古某露天煤矿南帮边坡为背景,建立拉张破坏有限元模型,研究了边坡在不同夹层埋深、夹层倾角、夹层厚度、边坡倾角4种工况下坡体内裂纹扩展过程和第一主应力演变过程。结果表明:随着夹层倾角、夹层厚度、边坡倾角增大,边坡内裂纹更容易与软弱夹层贯通;随着夹层埋深增大,边坡表土层虽更易发生破裂,但裂纹的扩展程度与夹层埋深呈现相反的规律。     

安太堡矿与东露天矿换界开采对南帮边坡稳定性的影响

安太堡矿南帮边坡同时受露井联采、4~#煤风化、南帮靠帮等一系列不利影响,为了确保安太堡矿与东露天矿换界开采期间南帮边坡安全,利用FLAC~(3D)分析了南帮可能的破坏模式,利用GEO-Slope分析了南帮的稳定性。研究认为安太堡换界开采期间南帮边坡的破坏模式主要为上层黄土的崩塌破坏和弱层上部岩土体的顺层滑动,南部二号井工矿采空区影响范围到南帮上部表土台阶;虽然南帮表土台阶出现了局部崩塌现象,但是南帮整体的稳定性满足规范要求,能保证换界开采安全平稳进行。     

斜交断层影响下露天煤矿顺倾层状边坡稳定性研究

断层对露天矿边坡滑移模式及稳定性的影响极为复杂,为矿山安全生产带来严重威胁;尤其在断层与顺倾弱层共同影响下,会发生滑坡事故。基于现阶段研究成果侧重于断层倾角、厚度、产状、断距等地质特征对边坡稳定性的影响,对于断层与顺倾弱层共同影响下边坡滑移模式及稳定性的研究相对较少。为探究断层形态对顺倾层状边坡滑移模式及稳定性的影响,以元宝山露天矿东帮边坡为工程背景,应用现场调研、理论分析、数值模拟等方法探明了该矿东帮边坡工程地质特征,建立了边坡三维地质模型,并通过改变断层倾角以及断层走向与边坡走向交角2种方式描述断层空间位置,同时基于数值模拟分析结果从边坡滑移模式的角度阐明断层影响下边坡稳定性变化规律。研究结果表明:当断层倾角介于50°～65°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏,稳定系数随断层倾角增加逐步增大,当断层倾角大于65°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏,稳定系数不再改变;当走向交角介于30°～70°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏,稳定系数随走向交角增加而增大,当走向交角大于70°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏,稳定系数不再发生变化。     

某铁矿特大采空区处理方案设计研究与应用

某铁矿露天坑挂帮矿前期采用分段空场法开采,在开采过程中形成了一个总体积超过120×10~4m~3的特大采空区。通过分析采空区处理的一般方法,结合采空区现场调查情况、地表允许塌陷以及下部采用无底柱分段崩落法开采的特点,选择爆破崩落法进行处理。经对比分析硐室爆破、扇形深孔爆破设计方案的优缺点,最终在F53断层附近采空区顶板薄弱地段,利用扇形炮孔微差爆破技术使采空区与地表贯通形成泄压天窗,使采空区逐步白行垮冒,垮落岩石充填空区作为下部无底柱分段崩落法覆盖层,不仅实现了采空区安全处理,并且最大限度地节约了成本。     

双弱层烧变岩边坡失稳模式研究北大核心

为了研究露天煤矿双弱层烧变岩边坡失稳模式,采用FLAC3D数值模拟,分析了边坡破坏变形特征,建立边坡力学模型;全面考虑烧变岩体、地下水对边坡稳定性的影响和软弱夹层对边坡的控制作用,基于极限平衡法推导不同力学条件下边坡滑移破坏模式。模拟结果显示:上部弱层控制区域岩体及后缘烧变岩体在水平方向位移较大,变形速度较快,塑性变形明显,沿下部弱层带存在塑性区,其控制区域岩体变形速度有所增大。力学分析结果表明:边坡稳定性受上部弱层控制时,上部岩体沿上部弱层移动变形,后缘烧变岩体拉裂破碎推动岩体发生顺层剪切破坏;边坡受下部弱层控制时,岩体沿下部弱层滑移,后缘拉裂,边坡发生沿下部弱层的剪切破坏;后缘拉裂面垂直高度达到两弱层间距时,拉裂面位于上部弱层下方,边坡稳定性同时受到上下2个弱层控制;若上部弱层之上岩体被拉裂,拉裂岩体随两弱层之间岩体变形移动;上部弱层之上岩体保持稳定,则两弱层之间变形岩体滑移与上部岩体分离;上部弱层之上岩体整体失稳,则坡顶处烧变岩体拉裂破碎,两弱层之间岩体沿下部弱层剪切失稳,上部弱层之上岩体整体随下部岩体变形移动。以大南湖二矿南端帮为工程实例,代入力学参数得到上部岩体安全系数为0.942,处于失稳状态,下部岩体安全系数为1.070,处于滑移临界状态,考虑两弱层控制区域岩体之间的相互影响,坡体发生上下两弱层控制下的阶段式滑移-拉裂失稳。     

冶金矿山的地质力学问题

露天和地下矿开采深度快速增加、开采矿床地质条件复杂化、矿山开采规模增大、由于开采和大范围岩石移动引起岩体失去平衡以及矿山发展的其他特点,不仅为局部事故而且为人为灾难事故的发生形成了先决条件。其中特别危险的是:露天矿边坡和剥离废石堆的滑坡和突然塌落;地下开采影响带内岩体和地表移动与变形,同时破坏构筑物和自然对象;发生构造型岩爆,根据岩爆的参数和破坏后果,近似于地震。     

特厚煤层分层开采下伏煤层应力分布及破坏特征研究

对于特厚煤层分层开采,掌握煤层开采后下伏煤层应力分布及破坏特征能够为精准判定采空区瓦斯富集区提供一定理论依据。因此,为厘清倾斜特厚煤层下伏煤层应力及塑性破坏区的分布特征,开展了不同煤层倾角工作面回采的数值模拟计算。首先基于采空区压实理论,获得了采空区垮落岩体的应力-应变关系,进而通过迭代反演确定了破碎岩体的岩体力学参数。在此基础上,通过数值模拟计算及分析,得到了煤层倾角变化对下伏煤层应力分布及破坏特征的影响规律。结果表明:在采空区底板范围内,随着煤层倾角增大,采空区应力恢复"O"形圈不再以采空区中部走向线对称分布,而向倾向下部偏移。沿倾向,在采空区的上下两端,侧向应力集中系数均随煤层倾角增大而减小,但倾向上端侧向应力集中系数始终小于倾向下端侧向应力集中系数。沿走向,在工作面底板,超前支承应力集中系数随着煤层倾角增大而增大。最后,通过分析下伏煤层塑性破坏区的分布可知,工作面以及倾向上下端底板煤体内的塑性破坏深度均随着煤层倾角增大而增大,但倾向上端底板破坏深度始终小于倾向下端底板破坏深度;采空区底板最大塑性破坏深度所在位置逐渐远离采空区中部,向倾向下端偏移。