井采状态下不同开采方向边坡稳定性研究

采用FLAC~(3D) 数值模拟软件对井采状态下不同开采方向(顺坡,逆坡)对边坡稳定性进行研究对比。研究结果表明:露天开采过后,坡体基本处于稳定状态,转入地下开采之后,随着推进长度的增加,坡体由原来的稳定状态向滑移和沉降发展;在不同的开采方向下,坡体的稳定状态和采出率不同,顺坡开采相比逆坡开采更加有利于坡体稳定;井采状态下,坡体存在2种破坏方式:沿着坡体产生滑移和垂直于采空区的沉降,垂直于采空区的沉降更加有利于坡体稳定。     

重复采动对顺层岩质斜坡变形破坏的数值模拟研究

煤层开采过程中顺层岩质斜坡易发生滑坡,且这类滑坡往往规模大,危害性大;以UDEC离散元法为基础,研究地下煤层重复开采对顺层岩质斜坡的影响。研究结果表明:采动影响的下沉量随埋深减少依次递减,岩层在受采动影响后的变形为非连续性变形,与单层开采相比,重复采动会导致斜坡在水平方向的移动变形显著增大;重复采动导致斜坡发育新的裂缝和裂缝群,更容易导致软弱结构层发生破坏,坡体稳定性进一步降低;单层采动时的"变形积累-裂缝产生-扩展-闭合"动态发育过程在重复采动时会演变成"变形积累-裂缝发育扩展-发育稳定"动态发育过程。     

黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明：沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区：采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区|采空区中部的松散土体弯曲沉陷区|松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区|地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段：中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。     

顺层岩质边坡开挖变形破坏特征研究

为了研究贵州某场区开挖边坡的变形破坏特征,在相似原理的基础上,使用底摩擦的试验方法进行室内物理模拟试验。实验结果表明:在岩层倾角40°顺层开挖的情况下,斜坡的变形破坏机制一般为滑移-弯曲;在岩层倾角40°、开挖角度55°的情况下,斜坡变形破坏机制为滑移-拉裂。在2组试验中,斜坡后缘形成阶梯状滑面说明斜坡破坏是同时沿着多层软弱夹层产生滑动破坏。     

采空滑坡成因机制分析

在现场地质调查的基础上,对滑坡变形破坏特征和发育过程进行了分析,结果表明:滑坡失稳破坏系地下采空诱发,进而对地下采空诱发地表斜坡失稳机制进行了探讨。地下采空导致整个上覆坡体变形沉陷并发生地表浅部滑动破坏,其变形过程可以归结为4个阶段,即煤层开采、后缘拉张、坡体剪切、滑坡发生。     

双软弱夹层岩质滑坡的滑动模式及变形规律

顺层岩质滑坡具有分布广,破坏性强,滑动机理复杂等特点,其滑动主要受软弱夹层的控制。在自然界中,顺层岩质滑坡往往受到双层或多软弱夹层的影响与控制。针对此特点,通过对山西吕梁山一带的顺层岩质滑坡发育特征与破坏规律进行总结,建立两种含双软弱夹层顺层岩质滑坡计算模型,基于极限平衡法,考虑软弱夹层的抗剪强度在滑坡不同发育阶段的强度衰减,分析发现滑坡在不同的力学判定条件下会以不同的模式发生滑动,且不同模式下滑坡的启滑机理是不同的,模式一为上层软弱夹层软化而引起的,启滑时,上层岩层首先失稳,而下层岩层暂时保持稳定;模式二滑坡的启滑是由于下层软弱夹层软化而引起的,失稳破坏的形式是整体失稳。另外,基于FLAC~(3D)数值模拟,分析了双软弱夹层顺层岩质滑坡的破坏变形规律。结果表明:由上层软弱夹层控制的滑坡滑动变形时,软弱夹层会在前缘发生切层现象,在中部与后缘滑坡会沿上覆岩层与软弱夹层的接触面滑动;由下层软弱夹层控制的滑坡滑动变形中,在前缘断面上层软弱夹层处会发生不连续性变化;在由上下软弱夹层共同控制下的顺层岩质滑坡中,当上层软弱夹层首先软化启滑,下层软弱夹层的软化会导致滑坡上下岩层发生分离滑动;当下层软弱夹层首先软化启滑,上层软弱夹层的软化对滑坡的整体滑动影响并不显著。     

顺层岩质边坡开挖致滑的滑动力监测

在本钢南芬露天铁矿选取典型的顺层岩质边坡进行现场开挖试验,并采用滑动力远程监测预警系统进行原位实时监测。试验结果表明：顺层岩质边坡在地面开挖扰动影响下多发生局部浅层牵引式破坏,滑动变形区贯穿整个坡面（垂直高度约12 m）。破坏过程中,伴随着裂缝的产生、扩展、贯通和失稳,滑动力监测曲线均发出超前预警信息,可以有效地避免滑坡灾害引发的重大安全事故。     

丹江口市库区移民集中安置点高切坡变形破坏模式研究

通过开展丹江口市地质灾害详细调查,对丹江口市库区移民安置点高切坡空间分布、地质结构、变形破坏历史、防治情况等进行了调查,将其划分为土质高切坡、岩质高切坡、岩土质高切坡三种类型,在深入分析高切坡地质结构与变形破坏模式基础上,总结归纳出区内高切坡存在土体滑移型、顺层滑移型、切层滑移型、块状崩滑型等四种典型变形破坏模式,对于高切坡工程防治具有重要指导意义。     

川北某顺层岩质滑坡稳定性评价

受"5·12"地震影响,加之坡脚安置区建设切坡活动,川北某顺层岩质滑坡滑移—拉裂变形加剧。2009年暴雨诱发该滑坡较大规模滑动,中部见拉陷槽,后缘拉裂缝、左侧剪切裂缝加大、贯通。滑坡的变形破坏模式属滑移—拉裂;起动机制为暴雨条件下在拉裂带内静水压力和沿滑移面空隙水扬压力的联合作用下平推式滑动。滑坡天然工况下处于稳定状态,暴雨工况下为不稳定状态,地震工况下为基本稳定状态。提出"裂缝充填+挡土墙+截排水"、"切方"两个比选治理方案,从技术、经济角度综合对比后推荐采用沿顺层的平面切方应急排危方案处置滑坡。     

露天地下联合开采边坡的稳定性及时效性研究

针对安太堡露天矿及安家岭井工二号井露天地下联合开采井采塌陷下边坡的稳定性及时效性问题,利用相似模拟物理实验,对该矿露天边坡的沉降及变形和在采掘过后不同时间内的变形进行研究,结果表明:井采条件下,露天边坡在不同开采距离下沉降和变形是不同的,开采长度越大,地表沉降和变形越大,最大沉降值为0.58 m;当开采扰动达到一定强度时,采空区上覆主关键层发生破断,坡体稳定性降低,坡体存在剪切断裂危险;在井采达到采掘临界线以后,随着时间的变化,坡体沉降和变形是不同的,时间越长沉降和变形越大,直到达到平衡状态时才会终止。     

降雨诱发采动滑坡物理模拟试验研究

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。研究表明:采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝;降雨作用下,坡内裂缝...     

缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

山区地下开采地表移动相似模拟实验研究

以甘肃省海石湾矿区为研究对象,通过相似模拟材料实验建立二维地质模型,对山区地下开采时边坡的移动变形特征进行研究,结果表明:边坡体表面上部点的位移量小于下部点的位移量;山区地表点的位移向量受坡体倾斜和采空区下沉的共同作用,为两者的向量合成;山区地表的滑移主要发生在地表土层,下部的岩层几乎只受采空区下沉的影响;山区地表点的移动轨迹,在顺坡表现为"S"型,在逆坡时表现为反"S"型;坡面点的最终位移取决于两者的影响系数,在顺坡时,当倾斜影响因素大于采空区下沉影响因素时,最终位移会向倾斜方向偏移;反之,则向采空区方向偏移;在逆坡时,最终位移受两者叠加影响始终向倾斜方向偏移。说明利用相似模拟材料实验研究山区地表的移动规律是一种有效的手段。     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力.研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟...     

露井同期联采对边坡稳定性的影响规律研究

结合某露井联合开采工程实例,采用有限元软件建立三维模型并通过有限差分法计算边坡体的位移与应力,研究了多阶段露井联采对边坡稳定性的影响特点及其边坡位移应力分布状况,结果表明,联采过程中采空区两侧在上覆岩体连续下落时边坡中上部岩体一方面向井工区方向下沉,另一方面朝临空自由面方向位移,边坡下部岩体表现出"倾倒"的位移特征;随着井工开采不断推进,整个露天矿边坡都处于井采沉陷区,边坡岩土体强度在节理裂隙面逐渐发育张开的过程中逐步减弱,最终导致边坡破坏。     

工作面推进方向对坡体采动裂缝影响的数值模拟

山体采动裂缝是诱发坡体滑坡的重要因素。通过UDEC数值模拟分析了工作面上坡和下坡开采产生山体裂缝的差异,结果表明:工作面上坡开采时下半坡体和坡脚受采动附加应力作用很难形成较大的裂缝,下坡开采时坡顶、坡体中部更容易产生较大裂缝;上坡开采形成牵引型正裂缝,下坡开采形成推动型逆裂缝;上坡开采超前裂缝距离大于上坡开采。     

新峪矿采空区下近距离巷道矿压特征研究

为研究采空区下近距离巷道的矿压特征,通过现场围岩变形监测分析了回采期间巷道的围岩变形规律,采用数值模拟的方法研究了巷道围岩应力的变化规律。 结果表明:巷道的竖向收敛量是两帮收敛量的2.02~3.09倍;距工作面10m的范围内,是采动影响的剧烈区,两帮在此区域受到的影响更为显著;巷道靠煤柱一侧围岩,竖向应力均呈现出一直增长的趋势,采空区的出现破坏了其下方围岩应力变化曲线的指数函数分布形式;上层采空导致了下层工作面的顶板不完整,支承压力作用明显减弱,影响范围仅为5~10m,相比常规类型巷道,影响范围大大缩小;由于上层煤柱侧向支承压力的存在,帮部岩体易因受压膨胀而破坏,引起顶板整体下沉,采空区渗水会加剧铝质泥岩的底板隆起。     

井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究

针对Ⅱ型露井联采,露天转地下开采的情况,对井采影响下边坡岩体变形机制、地表移动特征及其对边坡岩体强度的弱化等进行了探讨。安家岭露天矿西排土场北部变形区实例分析表明,受井采影响,边坡上部土体由于沉陷变形出现差异性拉张裂隙,形成主动下沉滑移段,前缘被动段以沿弱层滑移的水平位移为主,数值模拟结果与现场实际基本吻合。