露天边坡地下水渗流模拟及降水坡降研究

以伊敏露天矿三采区设计采矿为工程研究背景,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法,分析地下水渗流规律、边坡采动渗流变形规律、及降水对边坡渗流规律影响。基于相似模拟研究了露天开采过程中地下水位渗流动态过程、坡面出水位置、渗流水力坡降特征及地下水通过断层后出现水位跃变;通过数值模拟研究了7种不同降水工况中边坡中浸润线的变化特征、地下水在断层处跃变规律、及地下水的水力坡降特征。最终,确定了矿区合理的降水位及水力坡降。     

烧变岩边坡渗流特征及采动稳定分析研究

对富水烧变岩露天煤矿边坡渗透特征及稳定性分析方法展开研究,通过现场水文勘查分析,确定边坡地下水渗流水力坡降的坡降角为5.0°～12.8°。建立边坡渗流模型,对边坡地下水渗流场进行模拟分析,考虑地下水动水压力对边坡稳定性的影响,采用应力场与渗流场耦合分析的方法,研究了边坡的稳定性。研究结果表明,渗透力主要作用在25号煤层以上泥岩层中,边坡在烧变岩体及边坡坡脚变形明显;采动影响下,边坡稳定性呈加速下降趋势。动水压力随采深近似呈线性增加,火烧区地下水向原岩区渗透量随采深增加增速逐渐下降,采深增加对边坡稳定性影响呈增加趋势。     

渗流作用下含断层边坡稳定性模拟分析

为了研究含断层边坡在渗流作用下稳定性问题,以伊敏露天矿三采区端帮边坡为研究对象,建立相似材料模型并结合数值模拟,对渗流作用下含断层边坡稳定性进行模拟研究。研究结果表明:断层在坡体中的相对位置对边坡稳定性影响变化显著。断层位于坡体中部时,边坡变形及其剪应力较大,此时断层对边坡稳定性影响最大。随开挖推进坡体逐渐前移,断层附近变形及应力值逐渐减小,断层对边坡影响逐渐减小。开挖不同阶段边坡稳定性主要影响因素不同。开挖前期影响边坡稳定性的主要因素为断层,后期逐渐转化为渗流作用。边坡第五次开挖后在断层和渗流的耦合作用下沿弱面滑移失稳。     

水-岩耦合作用下边坡岩体渗流二维数值模拟

为了研究岩体渗流及水-岩耦合作用对边坡稳定性的影响,首先基于岩体特征建立等效连续介质模型,然后采用有限元法求解该模型,并利用SEEP/W软件模拟正常水位、暴雨入渗和排水疏干时采区地下水渗流。结果表明：等效连续介质模型可靠性高,地下水二维渗流存在各向异性,且裂隙轴向的水力坡降明显大于裂隙径向;3种工况水力坡降明显区域均为边坡表层、不同岩层交界处及混合Ⅰ岩内;暴雨入渗时水-岩耦合作用导致岩层拉应力增大、孔裂隙扩展,剪切滑移为边坡失稳主要诱发机制,而排水疏干有利于提高边坡稳定性。     

三峡库区老房子滑坡地下水动力场分析

三峡库区的老房子滑坡位于奉节县新城核心地段,滑坡体表面积9.71×104m2,堆积厚度42~60m,体积约480×104m3,保证边坡稳定性有重要的意义。三峡水库蓄水后在老房子滑坡部位将会形成较大的地下水压力,特别是在库水位骤降情况下,坡体内将产生较大的动水压力,这对边坡稳定是非常不利的。通过数值模拟不同工况边坡地下水渗流场可知,库水位从175m骤降至145m时,老房子滑坡所受动水压力为正常蓄水位时的6.2倍,进行稳定计算时必须考虑动水压力的影响。     

凹山尾矿坑西北帮边坡渗流稳定性分析

采用节点虚流量法,对凹山采坑改建尾矿坑西北帮边坡地下水渗流进行计算;结合凹山采坑内水位的变化及长期被浸没岩体的软化作用,依据极限平衡法理论,探讨凹山采坑西北帮边坡的稳定性。结果表明,相对边坡高度,水位骤升不超过1.7 m,水位骤降不超过0.5 m时,长期被浸没岩体的边坡稳定性变化不大;但是岩体软化作用会使边坡稳定性有所降低。研究结果对类似边坡有一定的参考价值。     

断层影响下岩体采动灾变响应研究现状与展望

针对采动可能引起断层活化进而导致工程灾害,从断层形成机制、断层附近岩体采矿工程响应及致灾、大断层附近安全开采3个方面综述了断层影响下岩体采动灾害响应机制和规律研究现状。对煤矿开采尺度下断层形成的地质力学机制及区域原岩应力分布特征、断层对采动应力阻碍及传导作用机制、采动应力与断层相互作用下致灾机理、近断层煤炭安全开采与灾害防治等4方面的进一步研究提出了展望;将断层形成和运动过程中应力场、能量场与采动相结合,可以更好地研究断层影响下岩体采动灾变响应,利用断层特性可以防治相关矿山灾害,以期为认识断层影响下岩体采动灾变响应及灾害预防提供技术支持。     

采动渗流场分析方法

煤炭高强度开采中含水层保护是绿色安全开采的难点，采动局域渗流响应规律则是含水层保护方法与技术的认知基础。研究采用多场源耦合分析思路和有限的矿区水文观测数据，通过剖析开采行为与渗流场响应耦合关系，构建采动局域地下水系统和分析采动渗流场时-空演化规律及采动-渗流耦合累积效应，结合典型案例分析，形成适于矿区地下水保护的采动渗流场分析方法。结果表明：(1)分析提出基于“开采激励-覆岩应变-渗流场响应”耦合和开采动能量与渗流场势能量传递关系的采-渗耦合机制，构建了描述采动局域渗流场状态的采动渗流系统(MSS)和采动渗流场的导通区、扰动区和辐射区划分架构；(2)构建集导通区“柱状渗流模型”和扰动-辐射区“井-渗”态模型为一体的采动渗流场分析简化模型，提出采-渗耦合系数、采动渗流量、视导水系数、源-位距等采动渗流场描述参数，含水层损伤、安全开采风险等含水层保护分析参数；(3)揭示采-渗耦合系数是影响局域采动渗流响应特征的关键因子，发现硬岩类较软岩类覆岩耦合强度和影响范围大，低导水性较高导水性含水层的采动渗流场响应区域窄、频度高和累积影响距离近，采动渗流量和介质导水性等响应显现周期性、振幅波动性和涌流...     

断层突水温度-非线性渗流-应力耦合模型研究

为了研究深部矿井高地应力、高承压水压及高地温条件下断层突水过程中的底板承压水运移规律和地温变化规律,运用COMSOL建立温度场(T)-非线性渗流场(H)-应力场(M)耦合模型,其中非线性渗流方程耦合Darcy定律, Brinkman方程和Navier-Stokes方程。结果表明:模型能够很好地描述温度场、渗流场和采动应力场之间的相互作用关系以及底板承压水从含水层经过断层破碎带到达巷道的非线性运移过程;采动应力场和渗流速度对断层带温度场的影响很大,通过监测断层带的温度变化,可以预测断层带渗流场的变化,从而预测断层突水。     

深部巷道断层破碎带渗透性测试及动态监测研究

我国超过80%的矿井突水事故与断层有关,其中大多数是原始地质条件下的非导水断层在采动影响下发生突水。断层的构造缺陷及采动效应是导致断层突水的2大重要诱因。为深入探究断层突水机制,从断层自身阻渗特性及其易受采动效应的特性出发,对深部巷道断层进行了原位压水试验及水压动态监测,研究了断层的阻渗性能,监测了其在采动条件影响下的实时安全性。结果表明:通过对比正常底板的压水试验结果,发现断层与正常底板均出现流量突变-流量递增-流量突增的过程;断层及正常底板的阻渗性能分别为0.64、2.03 MPa/m,单位厚度断层的阻渗性能明显弱于正常底板;铺子支二断层在采动过程中内部渗流场发生一定变化,但并未导致断层活化突水。     

考虑渗流作用的城门山铜矿临湖露天开采边坡稳定性研究

基于地质勘探资料，建立了城门山铜矿临湖露天开采边坡的地质模型，对临湖露天开采边坡进行了考虑湖水在不同渗流路径和不同渗透压力作用下的稳定性分析。研究结果表明：湖水渗流大大降低了边坡安全系数，随着湖水水位增大，边坡滑坡范围越大，边坡安全系数越低。湖岸与露天采坑之间的距离对边坡稳定性有较大影响，湖-坡距离D越大，边坡安全系数越高，当边坡安全系数取1.2时，考虑湖水渗流条件下湖-坡最小安全距离为60 m。     

山体赋存煤层群开采边坡失稳规律研究

以贵州发耳煤矿山体赋存煤层群地质条件为工程背景,通过分析采动过程中山体的变形规律、坡面上的开采沉陷规律、坡角的变化规律等,研究煤层开采引起边坡失稳的规律。山体赋存条件下开采容易引起山体变形破坏、坡角增大等,导致边坡局部出现剪切破坏面进而引起边坡失稳。通过山体条件下开采边失稳规律分析,可对山体边坡安全分析评估,针对局部剪切破坏采取防治措施,保障山体赋存条件下安全开采。     

基于有限元法的滑坡地下水渗流场模拟分析

水库库岸滑坡是人类工程活动经常遇到的重大工程问题之一,滑坡中的地下水对坡体的稳定系数起着决定性的作用.三峡库区水库蓄水之后,库水位在175～145m水位之间周期性波动,库岸滑坡地下水渗流状态发生较大改变,可能引起滑坡等岩土体失稳现象的发生,因此深入研究库水位变化条件下的滑坡地下水渗流场特征对评价滑坡的稳定性具有重要意义.以某库岸滑坡为实例,利用有限元方法对库水位上升及下降情况下的地下水渗流场变化特征进行了模拟分析,研究表明,库水位变化对该滑坡地下水渗流场的影响明显,该成果对于防治滑坡灾害的发生具有一定的参考作用.     

断层活化与煤岩冲击失稳规律的实验研究

基于义马千秋煤矿21221回采工作面原型,设计了过断层的工作面回采相似模型实验,通过再现断层活化和煤体冲击失稳的物理过程,研究了采动影响下采场覆岩的运动规律和断层应力演化特征,分析了煤层开采引起断层活化的机理。研究发现:邻近断层活化时,其正应力和剪应力快速增加,断层滑移危险性增大;工作面沿上盘开采至距离断层25 m时,受采动影响断层出现活化;采动影响增加了断层活化的可能性,工作面煤体承载力的局部失效是引起断层滑移的重要原因,断层滑移对工作面煤体的作用形式表现为非稳态的冲击和加卸载作用。     

逆断层下盘不同采高工作面支承应力演化规律研究

以逆断层下盘不同采高工作面开采为背景,采用UDEC数值模拟方法,研究了下盘工作面向逆断层推进过程中不同采高下支承应力的分布特征及演化规律。研究表明:下盘工作面向逆断层推进过程中,由于逆断层松弛活化产生的阻隔效应,支承应力分布特征发生演化,其峰值呈现先减小后增大的变化趋势,其明显影响范围不断减小。下盘工作面3 m和5 m采高的支承应力演化基本同步,支承应力分布相似;当煤层采高增大为7 m时,受断层采动活化及煤柱的耦合作用影响,支承应力峰值较高,采动影响更为强烈。工作面前方逆断层对支承应力的影响较大,应及时加强工作面及回采巷道支护。     

地下水对伊敏露天矿内排土场边坡稳定的影响

伊敏露天煤矿内排土场在排弃过程中出现多个出水点,为保证露天矿的安全生产,需查明边坡内部地下水渗流路径,分析地下水对内排土场边坡稳定性的影响。通过水文地质条件分析、地下水对岩土体产生物理作用的理论分析、水对土体强度参数影响的试验研究等,得出含水率的增加对排土场基底泥岩和排弃物料的强度有明显弱化;对排土场现状及设计状态2种状态下地下水渗流规律进行了数值模拟研究,得出地下水对边坡稳定性的影响规律,并根据渗流分析结果提出内排土场的边坡地下水超前疏干、集中抽排和压实封堵的综合防治措施。     

承压水体上煤层底板下位隐伏断层采动突水机制研究

由于煤层底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点,使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式之一。根据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件,总结提出了底板沟通隐伏性断层突水、上位隐伏性断层突水及下位隐伏性断层突水3种模式。针对承压水体上煤层底板下位隐伏断层底板突水模式,通过力学分析、底板突水相似模拟及FLAC^3D数值拟研究了煤层回采过程中底板空间采动应力变化规律、隐伏断层扩展及突水通道演化过程。研究结果表明：近煤层底板采动岩体随工作面推进,经历压缩-卸荷-恢复过程,形成采动破坏带,底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态;采动-水压-隐伏断层作用下,隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用;隐伏断层顶部受矿压-水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重,更易诱发导水裂隙发育,隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育,与采动破坏带沟通形成突水通道;采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关,采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展,底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区,突水量随工作面推进渐进增加。在将含...     

承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究

为加强矿井水灾害防治,保障矿井安全开采,以五沟煤矿1026工作面实际地质条件为基础,针对工作面回采诱发断层活化突水问题,采用室内相似材料模拟试验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了工作面采动影响下断层的活化特征及煤柱留设情况。研究结果表明：运用相似材料试验分析可知,随着工作面不断推进,当DF68断层下盘防水煤柱小于20m时,DF68断层活化程度明显加剧,工作面突水威胁也将更大|采用数值模拟对工作面推进过程中的DF68断层活化特征、渗流特性及断层防水煤柱的留设进行了系统的分析,得到了DF68断层防水煤柱最小留设宽度|结合相似材料试验、数值模拟综合分析确定DF68断层下盘防水煤柱留设宽度为20m,该宽度在保证工作面回采安全的基础上可进一步提高资源回采率。     

承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究

为加强矿井水灾害防治,保障矿井安全开采,以五沟煤矿1026工作面实际地质条件为基础,针对工作面回采诱发断层活化突水问题,采用室内相似材料模拟试验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了工作面采动影响下断层的活化特征及煤柱留设情况。研究结果表明：运用相似材料试验分析可知,随着工作面不断推进,当DF68断层下盘防水煤柱小于20m时,DF68断层活化程度明显加剧,工作面突水威胁也将更大|采用数值模拟对工作面推进过程中的DF68断层活化特征、渗流特性及断层防水煤柱的留设进行了系统的分析,得到了DF68断层防水煤柱最小留设宽度|结合相似材料试验、数值模拟综合分析确定DF68断层下盘防水煤柱留设宽度为20m,该宽度在保证工作面回采安全的基础上可进一步提高资源回采率。     

露天矿山边坡岩体疏干排水数植模拟分析

本文论述了边界单元法处理渗流问题的计算原理，针对露天矿山边坡裂隙岩体的渗透特性，描述了各向异性岩体地下水在排水孔疏干过程中的渗流场分布及动态特征，为边坡疏干排水设计提供理论依据。