露天矿顺倾软弱基底内排土场边坡空间形态优化

针对顺倾软弱基底内排土场边坡的空间形态问题,以白音华三号露天矿为工程背景,基于刚体极限平衡与三维数值模拟的手段,分析了内排角度及内排土场发展至不同工程位置对内排土场边坡稳定性的影响。研究结果表明:白音华三号露天矿内排土场边坡滑坡机理为基底弱层在排弃物料自身重力作用下产生塑性屈服,与排弃物料内部产生的滑面贯通,形成以剪切圆弧为侧界面、基底弱层为底界面的切层-顺层滑动;内排土场边坡参数为内排推进距离1 000 m,内排角度14°,平盘宽度67 m时满足安全要求;顺倾软弱基底内排土场边坡随着内排边坡角的减小及推进距离的增加,内排土场边坡稳定性近线性增加,且内排边坡角对边坡稳定性的影响较显著,据此可确定顺倾软弱基底内排土场边坡的空间形态。     

安太堡露天矿排土场增高扩容边坡参数优化研究

以安太堡露天矿排土场为例,采用基底承载力分析与极限平衡分析相结合的方法,研究了背斜构造影响下增高扩容方案的可行性。通过优化分析,排土场一般平盘宽度进一步缩小至65m,总体边坡角进一步增大至17°,剩余排土空间增加至33480万m~3,有效缓解了安太堡矿过背斜期间内排不能及时跟进、排土空间严重不足等问题,保证了超前剥离工作的正常进行,研究方法与成果可供借鉴。     

顺兴露天煤矿北排土场北帮边坡稳定性分析

以顺兴露天矿北排土场北帮边坡为研究对象,应用简化Bishop法和传递系数法相结合,对排土场边坡稳定性进行了系统研究,揭示了坡角对边坡稳定性的定量影响,确定了不同排弃高度条件下的合理边坡形态与参数。研究结果表明,当边坡角增大时,顺倾露天煤矿北排土场北帮边坡稳定性近线性降低;滑坡模式为当排弃高度40 m时,稳定边坡角为22°,最终平盘宽度为37.4 m;当排弃高度60 m时,稳定边坡角为20°,最终平盘宽度为36 m。     

露天矿背斜区内排土场边坡基底处理方式优选研究

露天矿内排土场边坡的稳定是露天矿顺利生产的重要保障,而排土场基底的岩层赋存条件是影响排土场边坡稳定性的重要因素。安家岭露天矿开采进入背斜影响区,现有内排空间无法满足排土需求,需要在背斜区进行排土。为解决露天矿背斜倾角较大区域倾斜基底排土场稳定性问题,以安家岭露天矿内排土场为研究对象,提出了针对背斜区倾斜基底进行处理的3个方案:基底麻面爆破处理,跟踪排弃台阶坡脚处拉抗滑沟处理以及背斜区倾角12°位置留设抗滑煤柱;使用Geo-studio软件Morgenstern-Price法研究在不同基底处理方式下进行背斜区单台阶跟踪排土,排土台阶的滑移模式以及稳定性变化情况。通过计算各个方案的经济成本,跟踪排土台阶稳定性系数以及背斜区域的单位排土量,构建了成本、稳定性系数、排土量3个评价指标,采用基于熵权TOPSIS法对所选指标进行加权,并根据方案与理想解的贴近度大小确定基底处理的最佳方案。研究结果表明:背斜区单排土台阶滑移模式为以排弃台阶坡顶至排弃物料内部的圆弧滑面为侧滑面,以沿着基底平面为底部滑面的切层-顺层滑动;相同排弃参数的排弃台阶,在基底坡度从陡变缓的过渡区域,排土台阶的基底平面接近于圆弧面,且单台阶排弃量增加,台阶稳定性发生突变,安全系数较上部台阶显著降低;通过基于熵权TOPSIS法对3个方案进行优选,确定麻面爆破方案为基底处理的最优方案。     

露天矿内排土场堆叠过程中边坡形态优化

针对露天矿内排土场在堆叠过程中的边坡形态问题,以哈尔乌素露天矿内排土场为工程背景,应用刚体极限平衡软件定量分析了内排土场堆叠至不同高度时的边坡稳定性及其潜在滑坡模式,采用数值模拟软件FLAC~(3D)对内排土场边坡进行模拟分析,揭示了内排土场边坡的变形破坏形式及其滑坡机理。结果表明:哈尔乌素露天矿内排土场的潜在滑坡模式及其稳定性主要受基底弱层的控制;优化后排弃至1025平盘时边坡角度为18°、排弃至1095平盘时边坡角度为17°、排弃至1165平盘时边坡角度为16°、排弃至1200平盘时边坡角度为16°;内排土场边坡的滑坡机理为基底赋存的弱层在排弃物料的自重作用下产生塑性屈服,其与排弃物内部产生的滑裂面贯通时,边坡岩体发生剪切破坏并沿内排土场基底弱层挤出。     

安太堡露天矿背斜区内排土场排土参数优化

针对背斜区煤层由近水平变成倾斜,从背斜构造对排土场综合作用的角度对排土场参数做出优化,并对优化后安太堡露天矿内排土场边坡的稳定性做出分析和预测。综合考虑内排土场地质条件、采矿条件、气候条件、岩土物理力学性质、运输及排弃方式以及排土场地形地貌等因素,得出了内排土场技术参数和排土参数以及优化参数后边坡稳定的结论。     

软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理与控制

针对露天矿软弱倾斜基底排土场边坡变形失稳问题，以蒙东西二露天矿排土场边坡为工程背景，基于刚体极限平衡与三维数值模拟方法，揭示了不同基底倾角条件下排土场边坡稳定性变化规律，分析了软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理，并讨论了治理措施。研究表明：①排土场边坡稳定性与顺倾基底倾角呈负相关关系，与逆倾基底倾角呈正相关关系；②排土场边坡基底失稳过程可分为排土场沉降、局部剪切错动、局部剪切破坏、剪切裂缝扩展和贯通5个阶段；③排土场潜在滑坡模式是以排弃物料内部拉裂的圆弧形态为侧界面，以基底剪切滑移为底界面的切层-顺层滑动；④排土场边坡基底逆倾时的稳定性明显优于基底顺倾时的稳定性，极限平衡法分析结果与数值模拟研究结果具有良好的一致性，充分体现了软弱倾斜复合基底排土场的边坡失稳特征。在上述分析的基础上，进一步讨论了排土场边坡稳定性控制方案。针对顺倾基底明显不利于排土场稳定的问题，通过调整局部区段排土线的布置及发展方式和改变剥离物的排弃顺序有助于提高顺倾基底条件下排土场的稳定性。     

软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理与控制

针对露天矿软弱倾斜基底排土场边坡变形失稳问题，以蒙东西二露天矿排土场边坡为工程背景，基于刚体极限平衡与三维数值模拟方法，揭示了不同基底倾角条件下排土场边坡稳定性变化规律，分析了软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理，并讨论了治理措施。研究表明：①排土场边坡稳定性与顺倾基底倾角呈负相关关系，与逆倾基底倾角呈正相关关系；②排土场边坡基底失稳过程可分为排土场沉降、局部剪切错动、局部剪切破坏、剪切裂缝扩展和贯通5个阶段；③排土场潜在滑坡模式是以排弃物料内部拉裂的圆弧形态为侧界面，以基底剪切滑移为底界面的切层-顺层滑动；④排土场边坡基底逆倾时的稳定性明显优于基底顺倾时的稳定性，极限平衡法分析结果与数值模拟研究结果具有良好的一致性，充分体现了软弱倾斜复合基底排土场的边坡失稳特征。在上述分析的基础上，进一步讨论了排土场边坡稳定性控制方案。针对顺倾基底明显不利于排土场稳定的问题，通过调整局部区段排土线的布置及发展方式和改变剥离物的排弃顺序有助于提高顺倾基底条件下排土场的稳定性。     

安太堡露天矿过芦子沟背斜期末边坡稳定性分析及治理

为确保安太堡露天矿进入芦子沟背斜区期末内排土场不发生顺层滑坡的安全生产事故,从而保证背斜区附近作业人员和设备安全;基于安太堡矿过背斜区期末的地质构造、排土现状和岩土物理力学性质,采用极限平衡法对背斜区内排土场边坡进行了边坡稳定性分析。结果表明:内排边坡整体稳定,局部区域处于基本稳定。结合现场边坡监测数据、巡查情况,对基本稳定区提出了相应治理措施,使安太堡矿过背斜期末的内排土工程实现了安全生产,降低了运输成本,进一步提高了设备效率。     

元宝山露天煤矿内排土场边坡稳定性分析及参数优化

主要研究了元宝山露天煤矿内排土场的工程地质特征,分析了内排土场滑坡的破坏模式,确定了满足河流通过的内排土场稳定系数,利用刚体极限平衡法对不同排弃平盘宽度的内排土场稳定性进行分析,确定了最优排弃平盘宽度为55 m。     

新疆准东露天煤矿单一巨厚煤层复合边坡空间形态优化

针对单一巨厚煤层露天矿土-岩复合边坡稳定性及空间形态问题,以新疆准东露天矿为工程背景,采用刚体极限平衡和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了露天矿复合边坡的稳定性及空间形态,分析了复合边坡的潜在滑动模式及稳定性规律,确定了采场与排土场的最大安全距离。研究结果表明:新疆准东露天矿采场最终边坡角为34°,排土场边坡角为23°,排土场与采场安全距离为150 m时满足安全性与经济性要求;单一巨厚煤层露天矿土-岩复合边坡的滑坡模式为沿排弃物内部的圆弧滑动和以坡体出露弱层面为底界面的组合滑动;在岩体自身重力作用下,单一巨厚煤层露天矿土—岩复合边坡破坏形式为拉张—剪切复合型。     

近水平转倾斜煤层煤矿生产能力约束指标研究

针对安太堡露天煤矿过芦子沟背斜期间煤层由近水平转为倾斜煤层生产能力下降情况，分析了制约倾斜煤层采矿生产能力的主要因素，总结出水平推进度、延深度、掘沟速度的理论计算公式，并进行了实例分析和影响因子的敏感度分析。分析结果表明：安太堡露天矿在现有设备能力下最大水平推进度为520 m，最大延深度为40 m，且通过增加工作帮坡角可提高延深度，增加生产能力。通过现场实际生产数据对理论计算公式进行了验证，为露天煤矿现场生产能力的确定提供了依据。     

内排土场几何参数对端帮稳定性的影响

为了研究当露天矿山的剥离量不能保证内排土场及时跟进采场的进度，不同的排土方案对端帮稳定性的影响。先从理论上分析了内排土场压帮原理和时效边坡微观机理下的临界破坏准则，并结合内蒙古某露天煤矿为研究对象，采用数值模拟方法，建立不同的模型，分析了不同几何参数下的内排土场对端帮稳定性的影响程度。结果表明:当剥离量不足、不能保证矿山内排土场的跟进，常规排弃方案致使坑底宽度越来越大时，内排土场排弃顺序应在满足露天矿坑底最小宽度的安全前提下，优先满足最下部台阶的排弃，能更好地提高端帮的稳定性，进一步保证矿山的安全生产。     

露天矿含断层与顺倾弱层群边坡形态分段优化研究

针对横采内排追踪压帮条件下露天矿含断层与顺倾弱层群边坡稳定性分析与形态设计难题,顾及露天矿层状边坡垂直方向上的地层岩性、工程发展过程中的服务时间、要求的稳定程度等方面的差别以及深部边坡稳定性的三维效应,以胜利东二号露天煤矿首采区南帮为工程背景,采用二维极限平衡法与三维数值模拟相结合,对露天矿含断层与顺倾弱层群边坡形态进行了分区段优化。研究表明,胜利东二号露天煤矿边坡稳定性主要受坡体内一系列顺倾弱层控制,断层可能作为滑体的边界,其潜在滑坡模式为以圆弧或断层为侧界面、以弱层为底界面的切层-顺层滑动或切层-顺层-鼓胀破坏|随着追踪距离的增大,边坡的破坏模式由浅部大范围破坏逐步过渡为深部破坏,是深部边坡稳定性下降的根本原因|分段优化后的边坡应划分为三个阶段,整体边坡角14°,横采工作帮与内排土场间的追踪距离应为50m。     

饱水黄土基底排土场地质力学模型试验研究

为了揭示排土场边坡的变形机理和潜在病害的发展规律,采用地质力学模型试验方法,以黑岱沟露天矿黄土基底排土场作为研究背景,完成了分级填筑模拟排土边坡增高过程,并进行了地下水入渗基底软弱黄土层的模拟试验。介绍了饱水黄土基底排土场的相似物理模拟方法,采用底部注水的方式模拟地下水入渗基底软弱黄土层对边坡稳定性的影响,研究了分级填筑、软弱基底以及饱水条件下黄土基底排土场边坡裂缝开展和发育特征以及边坡破裂面的空间形态特点。研究表明,随着排土高度的增加,主要变形由淤泥质黄土上部坡体向临空方向的压剪变形为主,逐渐转变为天然黄土上方坡体竖向沉降为主,并且黄土基底含水量的持续增加会直接引起边坡的破坏失稳,变形模式为后缘依附淤泥质黄土与天然黄土(水坑边缘)分界面的整体滑动。     

露井联采下采动边坡移动规律及开采参数优化

针对安太堡露天矿南部采用地下开采后,后期露天开采边坡稳定性将受到很大影响的情况进行了研究。研究结果表明,水平煤层露井联采下露采边坡岩体破坏规律存在明显的3个破坏分区,地下开采导致上述3个分区存在不同的变形特征,其露井联采边界参数是决定3个分区稳定的关键因素。通过对边界参数的优化分析,要确保安太堡南帮边坡岩体的稳定,地下与露天之间必须协调开采：其地下矿井需重新确定地下开切眼位置,即以Y=74 160为界以南布置地下开采工作面;露天矿开采考虑到安太堡南帮上部边坡岩体受地下开采影响明显,提出了南帮露天开采应采用“组合边坡”的设计思想,即+1 375以上平台岩土边坡角度应由原来的75°降低到62.58°。     

南芬露天矿滑坡机理及其动态过程

南芬露天矿面临频繁的滑坡、泥石流、崩塌、沉降等地质灾害问题。为了揭示露天矿滑坡机理,并充分理解其动力学过程,以2019年1月4日发生在南芬露天矿下盘394～502m台阶中部老滑坡体区域的滑坡为例进行研究。该工作结合现场勘查、地质资料和数值模拟等手段,对露天矿滑坡进行分析。研究结果表明,开挖扰动、冻融循环,爆破振动是诱发露天矿滑坡的主要原因。另外,滑坡区域位于老滑坡体区域内,滑坡源属于松散堆积物,老滑坡体自身的低稳定性是发生滑坡的另一个重要因素。采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)结合弹塑性Mohr-Coulomb理论对露天矿滑坡的动态全过程进行了数值模拟。数值结果表明,露天矿滑坡堆积体分布在垂直落差约120m高的台阶上,滑坡形态呈现倒V字形,滑坡体下缘宽度约240m。露天矿滑坡形态、滑动距离、范围等与现场调查结果吻合较好。SPH方法可以很好地再现露天矿滑坡的动态过程。数值结果可以为划定露天矿危险区域,制定防灾减灾措施提供依据。     

含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性影响因素分析

为定量揭示露天矿开挖过程中各人为因素对含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性的影响及其程度,以扎哈淖尔露天矿南帮边坡为工程背景,基于强度折减法,应用FLAC~(3D)数值模拟软件,探讨了开挖位置、开挖坡角和内排追踪距离不同时南帮边坡的变形破坏机制和边坡稳定性的影响规律。结果表明:无论开挖位置、开挖坡角与追踪距离如何变化,横采南帮的滑坡模式均为以IVC煤底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;在横采条件下,边坡三维稳定性主要受内排追踪距离影响,随追踪距离的增大呈负指数规律减小,且随开挖位置的向南偏移或开挖坡角的减小近线性减小;在横采条件下,内排土场与工作帮间的追踪距离控制在一定范围内时,可以充分利用边坡稳定性的三维效应回收煤炭资源。