隔离层厚度对露天最终边帮破坏形式及稳定性影响研究

以霍各庄铁矿露天转地下首阶段开采为工程背景,选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,运用有限元局部强度折减法计算不同隔离层厚度下地下首阶段开采时露天最终边帮破坏形式及安全系数。分析表明,霍各庄铁矿地下首阶段开采时,隔离层厚度低于19 m时会造成露天最终边帮失稳,隔离层厚度在19~28 m范围内时,顶帮塑性变形区由坡脚先向首阶段采空区上盘侧壁发展,再向坡顶扩展贯通,隔离层厚度在28~50 m范围时,顶帮塑性变形区直接由坡脚贯通至坡顶; 顶帮安全系数随隔离层厚度增大而增大,但增长速率逐渐减小,隔离层厚度超过45 m时,顶帮安全系数变化不再显著; 底帮塑性变形区由坡脚贯通至坡顶,且安全系数无变化,底帮破坏形式和稳定性受隔离层厚度影响较小; 霍各庄铁矿考虑边帮稳定性时隔离层厚度应不低于25 m。研究结果可为霍各庄铁矿及类似露天转地下开采矿山合理隔离层厚度的选择提供指导。     

铁古坑采区地下开采对露天最终边帮稳定性影响分析

舞阳铁矿铁古坑采区由露天开采转入地下开采,地下开采的不同阶段会对已有露天最终边帮的稳定性产生不同影响,若无法有效判断露天最终边帮的失稳工况,将对地下开采的安全生产造成威胁。选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,按开采顺序分露天开采结束、-160 m阶段、-220 m阶段、-280 m阶段、-340 m阶段、 -400 m阶段开采完成共6个工况,运用有限元局部强度折减法计算露天最终边帮顶、底帮的安全系数,分析地下开采对露天最终边帮稳定性的影响。结果表明：有限元局部强度折减法可以通过1个数值模型分别计算出顶、底帮的安全系数;随着地下开采深度的增加,露天最终边帮顶帮安全系数逐渐降低,在地下开采至-220 m阶段时顶帮处于极限稳定状态,开采至-280 m阶段及以下阶段时顶帮发生破坏;地下开采对露天最终边帮底帮安全系数影响较小,整个开采过程中底帮一直处于稳定状态。     

基于GPS和回归分析的露天铁矿边坡稳定评价

随着露天开采的延伸,高陡边坡给矿山带来严重威胁,结合河北某铁矿边坡变形GPS监测及对监测数据进行回归分析处理,建立露天转地下开采矿山的边坡动态监控系统及边坡稳定的评价方法,初步掌握不稳定边帮的移动规律。从而解决在露天转地下开采过渡中出现的高边坡稳定性问题,并为解决相关的方法设计、参数设置、技术措施以及后期边坡控制治理提供可靠的依据,确保矿山从露天开采向地下开采顺利过渡,保持矿山的稳定而长期发展。     

山达克南矿段露天坑深部扩帮开采技术研究

山达克南矿段露天开采至末期,资源枯竭,但下部边帮和底部还残留有部分矿体,其中部分矿体具有露天开采的价值。为了维持矿山生产,延长矿山服务年限,开展了边坡稳定性和扩帮技术研究,开采残留资源。扩帮开采境界圈定结果：最高扩帮标高734 m,扩帮后露天底标高578 m,最终边坡角45°～49°,最大采深达到396 m。境界内矿岩总量为830.45万t,平均剥采比0.386 t/t。此扩帮方案的有效实施,提高了矿山经济效益,延长了矿山服务年限。     

考虑边坡稳定性的露天转地下开采隔离层厚度指标函数分析法

露天边坡稳定性是确定露天转地下开采隔离层厚度的重要因素之一。以密云铁矿为工程背景,采用有限元强度折减法分析了该矿露天转地下开采过程中隔离层厚度与露天边坡稳定性的关系,分析表明露天顶帮边坡安全系数随隔离层厚度的增大而增大。将边坡安全系数、隔离层安全系数、矿石回收率和隔离层承载力作为确定隔离层厚度的评价指标,基于理想点法提出了计算隔离层厚度的指标函数分析法,并运用此方法计算了密云铁矿的隔离层厚度。研究表明:不考虑边坡稳定性时,隔离层厚度指标函数分析法计算的隔离层厚度与其他方法计算结果基本一致;应用该方法,矿山可以根据各评价指标的重要程度,计算合理的隔离层厚度。     

新桥露天采场东端帮8～13线扩大开采境界设计与研究

介绍了新桥矿业有限公司突破了传统露天境界固定帮由安全平台、清扫平台和台阶坡面构成的结构形式,对东部8~13线扩界实施的边坡挖潜,将固定帮设计成底板为高陡的无台阶坡面、顶板采用两台阶并段,露天底设计为非平面型的露天开采境界,达到多采矿石、少剥岩石的效果。     

露天转地下不扩帮延伸开采对边坡稳定性影响研究

针对归来庄矿业公司露天转地下面临露天开采即将到达设计深度,而地下工程尚未施工完毕,过渡期时间紧、生产压力大,露天边坡高陡、局部地段稳定性较差等难题,提出了露天转地下不扩帮延伸开采方法,在回采矿石充填采空区同时形成人工境界矿柱,隔离露天与地下回采,同时增加露天产的回采方案.利用强度折减法和具有拉剪破坏分析功能的FLAC程序,对露天不扩帮延伸开采技术对边坡稳定性影响进行分析.通过不断折减岩体材料的力学强度参数,使围岩塑性区接续扩展,直至边坡发生破坏,此时折减系数即为安全系数.计算结果显示开采到-40m设计深度时,边坡安全系数为1.46～1.5,符合国标一级边坡的标准,适宜进行延伸开采;当露天分区延伸至-50m后,剪切应力集中位置调整到三角矿柱与上盘边坡的结合部,位移突变时的折减系数为1.321～1.355之间,此时边坡仍保持稳定.当三角矿柱回采后边坡整体安全系数降至1.256～1.288,但随着矿房充填完成后边坡的安全系数增至1.321～1.355,达到了三角矿柱回采前的边坡稳定程度,边坡仍处于稳定状态.实践证明:该技术安全可靠,可为类似工程提供参考.     

深凹露天转地下开采对高陡边坡稳定性影响数值分析

针对厂坝铅锌矿露天矿转地下开采的北帮高陡边坡稳定性问题,进行了不同开采深度的数值模拟研究和地下开采过程的仿真分析,由此获得了每次开采北帮边坡以及地下采场围岩的应力分布和塑性区范围,并给出了边坡稳定安全系数,结合围岩位移、塑性区范围以及边坡稳定安全系数随开采过程的变化规律,进行了北帮高陡边坡稳定性综合分析,揭示了北帮边坡稳定性随地下开采工程的变化规律,建立了边坡稳定性与开采深度的函数关系,并对该矿在露天转地下开采过程中的安全生产提出了几点意见和建议。     

庙沟铁矿露天开采境界优化研究

概述了露天开采境界优化的必要性,从露天开采境界的圈定、经济合理剥采比的确定、露天扩界最终边坡角的确定等方面进行了详细的论述,从露天扩界与边帮加陡两方面进行经济效益分析。     

端帮压煤井工开采下采高对坡体稳定性的影响研究

为探究端帮压煤井工开采采高对边坡稳定性的影响,本文通过FLAC3D数值模拟软件,探究采高对临界状态下坡体水平位移、潜在滑移面以及边坡安全系数的影响。结果表明:坡体中最大水平位移均出现在4号煤层与坡面相交处,随着采高的增加坡面监测点的水平位移均有小幅下降;坡体中出现两条潜在滑移面,一条滑面从坡脚处起始后贯穿至,另一条从4号煤层与坡面相交处起始后贯穿至坡顶;边坡安全系数随采高的增加而呈线性规律降低。采高为6m时,边坡安全系数依然大于1.2的中长期边坡稳定性要求,边坡处于稳定状态。因此,该矿可在边坡稳定性要求满足的条件下将9号煤层全部采出。     

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°。     

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。     

备战铁矿露天矿及与挂帮矿同时开采稳定性研究

备战铁矿是正在由露天转井下生产的大型铁矿,挂帮矿采用分段空场法回采,地下矿体拟采用无底柱分段崩落法回采。挂帮矿必须与露天矿同时开采,才能在地下开拓工程建成前完成回采任务并形成覆盖层。挂帮矿采用分段空场法回采,地表不可避免会产生连续移动和变形,进而影响露天边坡的稳定性。挂帮矿和露天矿同时生产的安全成为备战铁矿亟需解决的迫切问题。利用FLAC三维建模软件建立过渡期备战铁矿露天边坡与挂帮矿同时开采的的分析模拟平台模型,选择合理的采场尺寸并模拟挂帮矿开采对露天边坡安全稳定性的影响。经模拟结果表明分析,得出挂帮矿开采对露天边坡不会造成严重的露天边坡大面积拉伸破坏,在进行挂帮矿开采时露天边坡基本稳定。     

露天矿土-岩复合逆倾边坡空间形态优化

针对露天矿土-岩复合逆倾边坡到界边坡形态设计问题,结合达连河露天煤矿外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡的工程实际,基于刚体极限平衡与三维数值模拟的手段,研究了露天矿土-岩复合逆倾边坡的滑坡模式及稳定性规律,设计了最终边坡形态,确保北帮到界过程中煤炭资源回采的安全。研究结果表明：达连河露天煤外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡的滑坡模式为圆弧滑动;使外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡满足安全要求的采场边坡角为33°;露天矿土-岩复合逆倾边坡岩体的破坏形式为拉张-剪切复合型,岩体自重作用下的坡脚处应力集中造成的局部岩体破坏是整体边坡失稳的诱发因素。     

下伏复杂空区山体斜坡滑塌形成机理与数值模拟研究

以某金属矿山山体斜坡滑塌为研究背景,分析了矿山滑坡地质灾害产生过程及形成机理,并采用数值模拟方法模拟了山体斜坡潜在滑弧面与斜坡发生的位移。结果表明,山体斜坡滑塌主要由三个阶段构成:山体地表塌陷裂缝形成阶段、山体地表塌陷裂缝扩展阶段和山体斜坡滑塌阶段,并分析了每个阶段形成与发展机理; 岩层结构面产状对山体斜坡稳定性有重要影响,它加速了塌陷坑的扩展; 斜坡原始状态安全系数为1.23,大于许用安全系数,原始状态斜坡处于稳定状态,在井下矿体开采影响下,山体斜坡沿着潜在滑弧面形成上牵引式-下推移式复合形式的山体滑坡。数值模拟得到的潜在滑弧面与机理分析的滑弧面基本一致,验证了机理分析的准确性。滑坡体水平方向长度为243 m,垂直方向深度为128 m,斜坡坡脚处最大位移为4.0 m,整体斜坡滑塌基本沿着分析得到的潜在滑弧面发生滑坡。研究结果可为矿山地质灾害治理设计提供参考。     

露天地下同期开采对边坡变形影响机制研究

露天地下同期开采是近年来出现一种新的开采方式,在2种不同开挖方式（露天开采、地下开采）的扰动叠加作用下,边坡岩体的变形与破坏机制完全不同于单一露天开采作用下的边坡稳定问题。基于工程实例,系统揭示了该种情况下边坡岩体的滑移变形是2种扰动诱发滑移变形矢量的叠加作用,其变形属性取决于每种开挖扰动的作用大小;在合成变形矢量中,其移动特点更多地表现为扰动作用大的属性,但由于每种扰动作用在不同空间位置上作用大小是变化的,表现为2种作用叠加后的滑移机制演化规律具有分区性。结合实际工程的开采特点,运用数值模拟方法,系统地探索了不同开采时序组合下边坡岩体的滑移特点和演化规律,并确定了最小开挖扰动方案,即从下到上的开采顺序,此种方案开采产生的位移量大小以及破坏区域的范围均明显小于由上到下的开采顺序;同时研究了露天地下同期开采边坡滑移机制以及边坡岩体变形的空间属性,从而为同类矿山的开采设计及其安全评价提供了科学依据。     

露天转地下开采充填体变形参数对边坡稳定性影响研究

以舞阳铁矿铁古坑采区露天转地下首中段开采为例,运用力学理论分析充填体变形参数对露天边坡稳定性的影响,并根据该矿充填体变形参数取值范围设计相应的数值模拟方案,采用有限元局部强度折减法计算各方案下边坡安全系数,分析充填体变形参数与露天边坡稳定性的关系,结果表明,随着充填体弹性模量或泊松比提高,露天边坡稳定性安全系数逐渐增大,充填体的弹性模量与泊松比取值共同影响露天边坡稳定性;确定了满足露天转地下开采边坡稳定的充填体变形参数范围,并确定灰砂比1∶8及以上配比的充填体可满足矿山安全生产的要求。工程中可以采用弹性模量与泊松比较高的充填体进行充填,降低地下开采对边坡稳定性影响,保障矿山露天转地下的安全生产。     

露井联采条件下采动边坡的变形机理研究

通过对露井联采下采动边坡的分析,建立采动边坡梁模型,根据梁的受力及变形,得出梁变形产生拱的范围,即影响边坡范围;利用顶板破断后形成的沉陷范围,给出了采动边坡稳定系数计算方法,并得到最安全采深,结合安家岭露井联采的实践及边坡位移监测,得出902工作面采动下边坡稳定系数为1.38,最大安全采深为309 m。研究结果表明,露井联采条件下采动边坡变形是由于顶板变形引起的岩层倾角变化引起的,可为露井联采采动边坡稳定治理提供理论依据。     

深凹露天矿转地下过渡期挂帮矿安全高效开采方法研究

露天矿在回采末期由露天转向地下开采过程中通常会面临减产过渡的问题,矿山一般会在此期间回采挂帮矿以补充产能,传统的挂帮矿回采方法存在安全性差、效率低及产能低等一系列问题,难以从根本上扭转减产过渡的困境。以某深凹露天矿转地下开采为工程背景,在综合分析挂帮矿分布位置、开采条件及矿岩特性的基础上,提出在过渡期利用诱导冒落法率先回采该矿南帮挂帮矿的技术方案,通过控制回采顺序诱导失稳边坡滑向采空区而不冲至露天坑底,以确保坑底露天采矿的安全性,从而在过渡期实现露天与地下安全高效协同开采,达到稳产甚至增产的建设目标。最后,利用数值模拟方法对南帮挂帮矿的诱导冒落回采方案进行了数值模拟研究,研究结果表明,在深凹露天矿条件下利用诱导冒落法回采挂帮矿是安全可行的。     

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。