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。     

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。     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

露天转地下开采边坡变形和应力特性研究

露天矿开采的中晚期阶段,当深部还有可采矿体时,要由露天转为地下开采,在地下矿体的开采过程中,露天边坡的变形破坏特征直接影响地下开采的安全。针对这一问题本文通过三维数值分析,详细分析了地下矿体开采过程中边坡岩体的变形和应力变化。获得以下主要结论:边坡不同标高处的竖向位移变化在-60、-90、-135和-165 m水平的开采过程中,上下盘边坡岩体的变形相对较小,在-210、-255 m水平开采的过程中边坡岩体竖向位移变化较大;地下矿体的开采主要影响上盘边坡岩体,其变形值和变形范围都较下盘岩体大;不同开采水平下,上盘边坡深部岩体随着开采水平的延深,最大主应力的集中程度逐渐增加,影响范围也在加大;而最小主应力在开采水平附近出现明显减小现象。     

二次卸荷中边坡应力变化规律的相似试验研究

通过相似试验,研究了驻留矿体开采边坡岩体应力变化机理,分析了边坡稳定性情况。研究表明,在露天开采过程中,水平应变呈增加趋势,地应力向露天采空区方向卸荷;驻留矿体的开采过程中,水平应变呈减小趋势,边坡内部应力重新分布,地应力向地下采空区方向卸荷,在地下采空区周围形成应力集中区,从而使边坡表面水平应力呈减小趋势。但驻留矿体的开采不会对边坡的稳定性产生较大影响。     

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。     

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。     

倾斜层状围岩变形规律的相似模拟研究

为研究倾斜层状围岩薄矿体在开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,以永昌铅锌矿矿体为物理试验模型,通过相似模拟材料试验建立二维地质模型,对在倾斜层状围岩条件下,薄矿体地下开挖后覆岩的变形破坏特征、力学特性和破坏过程进行研究。结果表明,顶板受第一次与第二次开挖影响最大,随着不断地开挖,沿着开挖方向的矿壁不断地变为间隔矿柱,每两次矿体开挖之间水平位移的方向均会发生一次反转;位于矿柱上方的围岩沉降值较小;覆岩水平变形与下沉的方向均指向采空区中心偏下区域;层状岩体易引起弯曲折断破坏;采场覆岩相对下沉增量和水平相对位移增量单调递减。     

扰动岩质边坡强震作用下动力响应分析

煤层露天转地下开采会扰动和弱化高边坡内岩土体,使边坡安全性降低。采用数值方法研究受地下开采扰动的露天高边坡的强震动力反应。以抚顺东露天矿扰动岩质边坡为工程背景,以有限元程序FSSI-CAS 2D数值计算为分析手段,研究东露天边坡强震作用下的动力响应规律。研究发现：① 东露天矿坑下覆岩体,对地震波的放大效应明显低于两帮边坡的放大效应;两侧边坡对地震波的放大效应与所处位置的高度成正相关关系,高度越高对地震波的放大效应越明显。② 对于处在同一边坡高度的点,由于右侧边坡扰动岩体性较弱,右侧边坡上对地震波的放大效应明显要高于左侧边坡的放大效应。③ 计算区域内的任何位置,对入射地震波大水平放大效应要永远高于竖向放大效应。无论是加速度响应、速度响应还是位移响应,受开采扰动影响越大的区域,加速度、速度响应和位移响应越剧烈。加速度、速度响应和位移响应剧烈的区域与扰动岩体损伤程度较大的区域一致。     

露天转地下开采对边坡稳定性的影响

露天转地下开采过程中诱发的边坡失稳将严重影响安全生产,主要原因是地下开采导致采空区覆岩应力重分布,并引起岩体的移动和变形,岩体强度降低,影响边坡稳定。为了研究露天转地下开采对边坡稳定性的影响,以某矿实际开采工程为例,运用MIDAS,FLAC~(3D)等数值模拟方法分别模拟了地下采区位于边坡的坡脚、坡中和坡外区3种条件下地下开采对边坡稳定性的影响机制,得出地下采区位于坡脚处开采会导致坡覆岩边坡滑移区范围最大,边坡失稳概率大;位于坡外区开采因上覆岩层沉陷使整体坡角减小,有利于边坡稳定;而位于坡中区开采时,边坡稳定状态介于两者之间。通过对该工程实例分析得到地下采区位于坡脚、坡中区时边坡安全系数不足,在坡外开采时边坡处于稳定状态。     

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°。     

地下采区开采方法对边坡岩体变形的影响规律

在地下与露天复合开采的矿山中,由于露天边坡岩体位于地下采动影响区域内,致使边坡岩体受到两种采动的影响,其中不同的地下采矿方法影响程度不同。为评价地下开采方法对边坡岩体的影响,对抚顺西露天北帮北坡变形进行了分析,得出了地下采区不同开采方法对边坡岩体变形的影响规律,为该矿边坡岩体动态分析及类似矿山开采设计提供科学依据。     

地下采动对边坡岩体稳定性的影响规律

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属于地下与露天复合开采情况。依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动效应相互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统。该文在实例分析的基础上,主要研究地下采动对边坡岩体变形的影响特点与规律,并结合采矿特点进行分析,从中探索地下与露天复合采动体系中边坡岩体变形与破坏机理,以便为此类矿山后续采矿设计及安全生产提供理论依据。     

复杂地应力井下开采岩体变形规律研究

复杂地应力作用下的千枚岩岩体变形规律复杂,工程岩体问题多。研究复杂地应力作用下岩体变形规律,为解决相关工程问题提供理论依据和技术支持。根据某矿区的应力分布及岩体力学参数,构建三维模型及数值分析模型,设计了6个模拟方案,分析各个监测点的X、Y、Z轴向位移、应力。显示大多数点的位移值都大于变形临界值,在550～600 m中段的综合位移最大,与该区域首先出现裂隙相吻合。掌握了该矿区的岩体变形规律,针对竖井井壁裂纹、地表露天边坡滑动等灾害,制定了长锚索加固、废石充填处理、削坡减载治理方案,指导矿山企业正常生产。     

露天边坡滑体冲击下围岩变形特性分析

露天转地下矿山边坡稳定性是一个当前广泛存在的问题,合理评估边坡失稳滑移对边坡底部围岩的影响及破坏效应对地下开采有重要的工程意义。以大冶铁矿露天开挖形成的边坡为工程背景,运用二维数值模拟软件UDEC,对滑体的滑移过程进行了数值模拟分析,从应力场、位移场入手,研究了边坡滑体失稳后其冲击力作用下边坡底部围岩应力应变规律。模拟结果表明：用离散元软件可有效模拟滑体失稳过程,滑体失稳后,其冲击作用影响范围主要集中在北帮边坡坡脚,而对采矿区和南帮边坡影响不大,采矿区和南帮边坡主要受滑体失稳后形成的堆积体的重力作用影响;竖直方向上,围岩受冲击影响程度随深度的增加而减弱;水平方向上,南帮边坡受滑体影响程度远小于采矿区和北帮边坡坡脚。