滚石轨迹预测技术在边坡灾害防治中的应用

在山坡露天矿开采过程中,滚石是常见的、不可避免的地质灾害,严重危害矿山开采和人员安全。综合考虑德尔尼铜矿边坡和滚石的实际情况,选择在4 336 m水平预留平台的防治方案,平台宽度为10.33 m和20.83 m时边坡安全系数能够达到许用安全系数要求。基于滚石模拟计算方法,应用RocFall软件对滚石的轨迹进行了预测分析,得到了滚落在剖面各个位置的滚石速度、数量和能量,并根据这些指标进行分析比较,获取了滚石防护的有利数据。对比分析后确定平台宽度为20.83 m的方案,采取多种组合防护措施,在平台前沿设置堆土围挡和在滚石能量最小的地方设置柔性钢丝防护网。研究结果为类似矿山的滚石灾害防治和平台预留提供参考。     

海州矿山公园滚石防护数值模拟计算

针对辽宁阜新海州露天煤矿矿山公园建设过程中矿山边坡危岩体和浮石问题,通过现场地质调查与分析,确定出滚石易发区和危险区;运用rockfall数值计算程序,对危险区内的滚石运动轨迹、弹跳高度和总动能进行数值计算,探索最佳滚石防护位置;根据计算结果提出利用SNS防护网进行滚石防护的参数设计。     

基于正交设计的露天矿V形槽结构滚石防护试验

交通领域针对滚石防护已开展大量研究工作,但对于矿山而言,因其工程扰动频繁、岩石破碎等特点,滚石防护专项研究甚少,常采用安全平台和清扫平台设计防治滚石。然而,随着开采深度和规模增加,上述方法已无法有效阻挡扩帮扰动产生的大量滚石,滚石伤人和损坏设备事故频发。针对上述问题,以南芬露天铁矿采场下盘边坡滚石防护为例,首先,基于正交试验原理,利用Rocfall程序分别对"安全平台滚石防护措施"进行3指标4因素数值模拟正交试验,对"安全平台上设计V形槽滚石防护措施"进行3指标5因素数值模拟正交试验;然后,对试验结果进行极差分析,揭示2种措施各个因素对滚石运动特征的影响规律;最后,确定2种方法的最优参数组合,并在南芬露天铁矿选择实验区,进行现场对比试验。试验结果证明V形槽结构能够有效防护滚石,可为露天矿山高陡边坡滚石防护提供借鉴。     

某铁矿露天转地下联合开采过渡期边坡滚石危害分析及对策

针对国内部分露天铁矿接近闭坑,采用露地联合开采工艺时,地采岩移圈内的滚石危害直接对露天开采的人员安全及设备构成威胁。为实现安全稳产过渡,该文通过数值模拟的方法对滚石危害运动轨迹及滚石的落点进行计算分析,判断边坡滚石对露天转地下联合开采过渡期造成的危害,提出具体的防治措施及安全距离,对露天转地下联合开采具有指导意义。     

基于正交试验与运动学的滚石防护计算方法

以景鹰高速公路DK27+120里程附近滚石灾害防治为例，采用基于正交试验与运动学的滚石防护计算方法，对滚石运动学参数组合的优选以及防护结构设计控制指标的确定进行研究。将3类防护结构设计控制指标作为试验指标，将5种滚石运动学参数作为试验因素，应用正交试验表安排滚石运动轨迹数值模拟试验，进行3指标5因素正交试验。通过对试验结果的极差分析，找出最优参数组合，以此确定防护结构设计所需的指标值。对比该方法与概率分析2种方法的计算结果表明，在滚石运动学参数取值区间确定的情况下，本文提出的计算方法更直观合理、简便易行。     

矿山边坡滚石运动及防治措施的研究

通过对某石灰石矿边坡滚石运动状态实测数据分析的基础上,运用能量守恒定律计算出滚石在矿山边坡上的运动速度、最大滚动距离、跳跃高度等特征参数,指出了滚石运动产生和终止的具体条件,并在理论计算的基础上提出了防治滚石的有效对策和实施措施.     

露天矿滚石灾害分析及控制

滚石灾害是露天矿山经常出现的地质灾害,因其突发性和不确定性,无法对其进行主动和有效的防护。以某露天矿为研究对象,把露天边坡稳定性和滚石灾害研究结合起来,形成一个完整的从滚石灾害区域辨识、滚石灾害模拟到滚石灾害防治的灾害预警防治系统。采用软件模拟的方法对滚石灾害的分布区域以及滚石落点的时空分布进行深入研究。首先采用模拟软件对露天坑的14个地质剖面进行边坡稳定性分析,根据模拟结果圈定矿山的边坡滚石的多发区域,并采用模拟软件对滚石进行模拟,获取滚石的运动路径、滚石落点和滚石速度的统计规律,进而提出了有针对性的滚石灾害防治措施,以减少灾害对矿山生产和施工人员人身安全的威胁。     

华联锌铟东部排土场滚石灾害防治研究

在分析排土场滚石运动形式的基础上，简化滚石运动模型，从运动学角度出发，总结出一套排土场滚石滚动和跳跃的计算方程。采用该方法对云南华联锌铟股份有限公司东部排土场滚石进行研究，发现阻力特性系数K取值对滚石的滚动距离和跳跃高度计算有很大影响，宜采用现场试验确定。结果表明，采用本方法得到的滚动距离和跳跃高度计算值与实测值接近，且有一定安全储备，能够为该排土场滚石灾害防治的设计和施工提供参考。     

露天矿滚石灾害分析及控制

滚石灾害是露天矿山经常出现的地质灾害,因其突发性和不确定性,无法对其进行主动和有效的防护。本文以某露天矿为研究对象,把露天边坡稳定性和滚石灾害研究结合起来,形成一个完整的从滚石灾害区域辨识、滚石灾害模拟到滚石灾害防治的灾害预警防治系统。采用软件模拟的方法对滚石灾害的分布区域以及滚石落点的时空分布进行了深入的研究。首先采用模拟软件对露天坑的14个地质剖面进行边坡稳定性分析,根据模拟结果圈定了矿山的边坡滚石的多发区域,并采用模拟软件对滚石进行模拟,获取了滚石的运动路径、滚石落点和滚石速度的统计规律,进而提出了有针对性的滚石灾害防止措施,以减少灾害对矿山生产和施工人员人身安全的威胁。     

锦丰金矿露天边坡开采稳定性分析及挡土墙支护

锦丰金矿露天边坡岩体复杂破碎,东南西北4个方位的边坡均出现了不同程度的滑坡等破坏情况。为保证安全高效生产,实现陡帮开采,对开采过程中露天边坡的稳定性进行了数值模拟研究,分别在数值模型的坑底、东部边坡与西部边坡各设置3个点位,通过对比其三维空间上的位移情况,发现西部边坡受采动影响较大。建议着重加强对西部边坡的加固与支护,并采用重力挡土墙对其进行护坡;对挡土墙的墙体及抗滑桩相关参数进行了计算,设计并选定在西部边坡660~640 m水平段较为破碎的边坡处建设了挡土墙。结果表明:水平方向上,在保证墙体上部线载荷不低于782 k N/m、底部线载荷不低于160 k N/m且抗滑桩抗剪线载荷不低于471 k N/m的情况下施工挡土墙,其抗倾覆稳定系数与抗滑动稳定系数均大于挡土墙建设的安全标准,能够满足陡帮开采护坡的设计要求。     

深部保护层开采煤岩体动力学演化的参数计算分析

通过将平煤股份十二矿的己14-31010保护层开采工作面作为试验原型进行了数值模拟试验,分析了开采高度、层间距、层间岩性对下伏煤岩体卸压的影响。通过对比保护层采高分别为0.65、1.3、2.6 m的计算结果,得知采高越大,对被保护层的卸压保护效果越好;通过层间距为9.1 m和29.1 m的对比计算,得知随着层间距的增加,保护层的卸压效果越来越差;通过不同层间岩性的对比计算,得知层间坚硬岩层的存在,将影响对下被保护层的卸压保护作用。     

隧道口危岩崩塌运动特征研究

崩塌落石作为山区高陡边坡的一种典型破坏方式，是危害严重的地质灾害之一。基于禹门口隧道进口危岩的现场调查，以W10危岩体为例，利用RocFall软件，模拟了4种坡面覆盖情况下危岩崩塌后的运动轨迹，对比分析了落石在隧道进口部位的冲击能量、弹跳高度等运动学参数的差异。利用PFC^3D软件重建三维地表模拟了W10危岩体崩落后的三维运动轨迹。结果表明:植被覆盖情况直接决定恢复系数的大小，而恢复系数越大，能量转化效率越高，落石动能损失越小;坡形是决定落石弹跳高度的控制性因素，落石崩落后在地形凸起处发生弹跳，4种坡面条件下落石弹跳高度最大处基本一致;PFC^3D较RocFall能更全面地展示出落石崩落后形态及运动轨迹，对落石的防治工作有很好的指导意义。     

深孔爆破切顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究

为了在山西省南阳煤矿３２０７工作面顺利实施沿空留巷无煤柱开采，在靠近巷旁支护墙 的采空区侧进行超前深孔爆破预裂顶板，通过数值模拟计算和现场工业试验，进行了深孔爆破切 顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究。 以南阳煤矿３２０７工作面运输巷沿空留巷为背景，构建了 数值模拟计算模型，计算了留巷的顶、底板位移和墙体、煤帮的位移，分析了留巷围岩的应力分布 与变化。 数值计算表明，切顶后沿空留巷围岩应力和位移的减小幅度较大，围岩稳定性显著提 高。 现场工业试验研究表明，深孔爆破切顶能有效地消除悬臂梁顶板对留巷围岩的旋转挤压破 坏，有助于沿空留巷结构保持稳定和完整。     

近距离下岩石保护层开采可行性研究

为有效治理深部矿井瓦斯，以平煤股份十矿己-24130底板岩石保护层工作面为研究对象，以理论计算和数值模拟的方法，从瓦斯参数、层间距、开采条件、“三带”分布、应力变化等方面对己组下岩石保护层开采的可行性进行分析。结果表明:下保护层的最大有效垂距为88 m，垮落带高度6．4 m±2．2 m，裂隙带高度28 m±6 m，开采后应力下降明显、卸压效果显著，下岩石保护层开采可行。     

阿尔哈达铅锌矿采空区充填挡墙受力分析与施工设计

采空区充填挡墙的设计与施工,直接关系到充填质量、生产能力和成本效益。本文对阿尔哈达铅锌矿采空区充填挡墙的受力情况进行了分析,计算得到不同充填高度下充填挡墙受到的总压力、最大弯矩和作用点位置,同时按照抗压强度、抗剪强度、抗渗透性条件3种计算方法分别对充填挡墙的结构厚度进行了分析,并基于此提出了针对该矿采空区充填挡墙的施工设计方案。研究结果表明:在进行采空区充填时,首次充填高度理论上应低于2.5m;建议现场的施工挡墙厚度不宜小于0.5m。研究成果可为相似工程条件下的采空区充填挡墙的施工设计提供参考。     

基于Clifford代数的露天矿山路径优化算法

露天矿山路径优化问题是指在满足特定物理和经济约束之下,搜索最佳运输线路的组合优化问题,对于降低矿山运营成本具有重要的现实意义。但目前常规的露天矿山路径优化算法,主要从静态的道路有向图网络优化出发,无法实现大规模时变动态网络的高效分析和优化决策。本文以扎哈淖尔露天矿为例,将欧式空间内经典的有向图网络分析方法扩展至Clifford代数空间,建立了节点、有向边以及路径的统一表达,提出了路径几何拓扑连通性和标量约束指标的计算方法,实现了几何拓扑计算和数值最优化求解问题的分离;针对传统静态网络分析方法无法动态表达系统能耗变化的问题,建立了基于时变运输功最小化的路径优化模型,并结合行驶阻力特征给出了时变阻力的计算方法;研究了因路面频繁碾压破坏和周期性维护而导致的滚动阻力系数周期性时变效应,并提出计算时变滚动阻力系数的方法;最后为进一步提高算法收敛效率,提出了两组推论和一组数值计算优化策略对遗传算法的数值计算进行了改进。经多次仿真实验验证,算法能快速收敛于全局最优解,说明了算法对于解决矿山实际路径优化问题可行且有效。其次,几何代数化方法的引入也为传统路径优化问题求解提供了一种有效实现拓扑关系计算和数值计算解耦的新方法,弥补了静态网络无法实现时变动态网络分析的不足,为提高露天矿运输系统大规模路网模型的快速效率,提供了一种全新的求解思路。     

沿空留巷顶板下沉规律及其影响因素分析

针对沿空留巷顶板下沉量大、控制十分困难的问题,在分析沿空留巷顶板下沉规律的基础上,利用能量守恒原理,建立了沿空留巷顶板下沉力学模型,推导出顶板下沉量的计算公式,并对顶板下沉的影响因素进行了定量分析和灰色关联度敏感性分析。结果表明:某矿沿空留巷顶板下沉量计算值为371.45 mm,较好地吻合现场测量值,理论计算公式是准确的。顶板下沉随巷道宽度、采高的增加而增大,随直接顶厚度、巷内支护阻力、煤帮侧向支护阻力、巷旁充填体宽度和充填体弹性模量的增加而减小;对沿空留巷顶板下沉的敏感度大小的影响因素依次为采高、充填体弹性模量、充填体宽度、直接顶厚度、巷内支护阻力、巷道宽度、煤帮侧向支护阻力,其关联度分别为0.96、0.73、0.68、0.52、0.28、0.13、0.04。研究结果可为有效控制沿空留巷围岩变形提供依据。     

切顶参数对沿空留巷围岩稳定性的影响研究

切顶参数作为切顶卸压沿空留巷技术的核心问题之一,对留巷围岩稳定性影响较大。本文以曙光矿1226工作面为工程背景,通过理论分析初步得到了切顶高度和切顶角度的参考值分别为7.1~9.5 m和11.4°;通过数值模拟从切顶效果和围岩变形两种角度对切顶高度分别为4 m、7 m、10 m、13 m及切顶角度分别为0°、10°、15°、20°、30°时顶板垮落形态、顶板下沉量和实体煤帮应力分布进行了分析,结果表明最优切顶参数为切顶高度10 m、切顶角度15°;通过现场爆破试验,确定了最佳炮孔间距、爆破方式及装药量;留巷后对工作面后方巷道围岩变形进行了监测,巷道围岩变形量小,留巷效果良好。     

某矿开采9~#煤作为下保护层瓦斯治理研究

结合某矿生产实际,运用理论计算和数值模拟得出9#煤层上覆岩层的冒落带高度为12~18 m,裂隙带高度30~48 m,即3#煤层位于9#煤层产生的裂隙带的中上部,且处于9#煤层产生的卸压区范围内,3#煤层膨胀率在卸压范围内绝大部分超过3‰,并且3#煤卸压范围中部存在先膨胀后压缩的过程。最后利用膨胀率和工程类比对卸压效果进行了预测,综合分析认为保护层开采能有效卸压和增加煤体透气性,为3#煤层高效开采提供有利环境,从而论证了9#煤可以作为3#煤的保护层。