工作面开采强度对RUSLE坡度坡长因子的影响规律

水土流失加剧是西部煤矿区面临的主要生态环境问题之一,煤炭井工开采导致地表不同程度下沉变形,改变了坡度坡长因子,破坏了原有的地表水文过程,从而改变了矿区的水土流失状况。因此,掌握工作面开采强度对水土流失的影响规律,对科学设计开采强度、防控水土流失具有重要指导意义。坡度坡长因子是经典土壤流失方程中的关键变量,其对水土流失具有重要影响。针对工作面开采强度与修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)坡度坡长因子相关性关系问题,结合工作面现场地表下沉移动监测数据、开采沉陷概率积分法以及修正土壤流失方程,推导了坡度坡长因子计算方法,研究了地下开采强度与修正土壤流失方程中坡度坡长因子变化之间的关系,为平衡开采强度与矿区水土流失防治提供了理论依据。研究结果表明:(1)基于概率积分法预测得到的坡度坡长因子剥离了采前自然起伏地形的影响,其结果能够更为直观地表现出开采强度与坡度坡长因子变化的相关性,得到的研究结论普适性更强;(2)坡度坡长因子与工作面采高呈正相关关系(R=0.757 1,显著相关性p=0.048 7),与深厚比呈显著负相关关系(R=-0.952 2,p=0.000 9),且二者相关度均较高;(3)在达到充分采动后,日开采体积、采宽的变化对坡度坡长因子的变化不产生显著影响。     

陕北黄土沟壑区采煤沉陷对黄土坡面形态的影响及土壤侵蚀效应

如何破解煤炭开采与水土保持之间的矛盾是实现黄河中游生态环境保护与高质量发展的关键科学问题。以陕北黄土沟壑采煤沉陷区为研究对象，针对主采煤层典型地质赋存特征，以地下采厚(9、7、5 m)、地表黄土自然坡面坡形(直线坡、凹形坡、凸形坡、复合坡)及坡度(5°、15°、25°、35°、45°)为变量，共构建了60个数值模型，基于FLAC^3D数值模拟软件，研究了黄土自然坡面形态及采厚耦合作用下坡面形态演变过程与规律，基于中国水土流失方程(CSLE模型)和经验模型，计算与分析了沉陷坡面土壤侵蚀效应。研究结果表明：(1)采煤沉陷会导致地表黄土坡面的坡度增大，且采厚越大，坡度增幅越大，大采厚对采煤沉陷导致地表黄土坡面坡度的增大会产生明显的放大效应。凹形坡普遍对沉陷坡面坡度的影响显著，特别是在“采厚5 m、自然坡度>5°”“采厚7 m、任意自然坡度”“采厚9 m、自然坡度≤35°”条件下。无论在何种采厚及自然坡形情况下，≤5°的自然坡度对沉陷坡面坡度增幅的影响均最大。(2)采煤沉陷会导致“年侵蚀降雨”尺度下地表黄土坡面的土壤侵蚀模数M1增大，且采厚越大，M1增幅越大；当采厚从...     

雨强和坡度对地表冰碛物径流分选特性研究

降雨强度和地形坡度是地表冰碛层地区产生径流分选特性的两个重要动力因素。以香格里拉普朗铜矿矿区地表冰碛物颗粒为研究对象,采用室内人工模拟降雨试验方法,开展不同降雨强度（200、400、600 mL/(min·m2)）和坡度（10°、21°、32°）工况条件下的冰碛物径流分选特性变化规律研究。结果表明：冰碛物颗粒在不同雨强和坡度径流冲刷过程中具有显著的分选效应;不同雨强和坡度工况条件下,冲刷分选的冰碛物颗粒粒径具有选择性,优先分选粒径较小颗粒,且雨强和坡度愈小径流分选的颗粒粒径愈细;径流分选颗粒质量占比随坡度增加呈现出先增大后减小的变化规律,显示径流分选颗粒粒径的变化存在着临界坡度。研究成果可为冰碛物颗粒径流分选的防治制定有效措施,避免径流分选后的细粒冰碛物颗粒进入开采活动范围内,对矿山井下泥石流灾害事故的防控具有重要的意义。     

山地下煤层开采地表移动变形规律分析

针对山地下煤层开采地表下沉测量预测困难的问题,采用数值模拟、理论分析和现场实测方法,对山地下煤层开采地表移动机理、移动变形特征进行研究。研究表明:1)山地煤层开采地表岩层极易受坡度因素影响,稳定性变差出现沿坡面下滑现象,地表位移增加滑移分量;2)山地地表下沉曲线有明显相关性,随山地坡度增大,开采后地表下沉量增大、下沉曲线斜率增大,地表坡度出现变化时,下沉曲线同时出现拐点;3)持续开采后地表受采动影响范围增大,地表出现水平位移的正负值交替,正值位于山坡顶部,分布范围相对较小,负值位于山体及谷底,分布范围较大。     

考虑降雨入渗影响的土体边坡稳定性有限元分析

基于饱和-非饱和渗流理论,对模型边坡在设计降雨方案条件下的饱和渗透系数、降雨强度、降雨历时及边坡坡度的大小对土体边坡安全系数的影响规律进行了研究。研究结果表明:随边坡饱和渗透系数增大,边坡安全系数逐渐降低,但当渗透系数增大到一定程度时,边坡安全系数变化幅度逐渐趋于平缓;随降雨历时增长,安全系数在降雨开始到降雨停止后一段时间内都表现出逐渐降低的趋势,随后安全系数又随时间增长而开始缓慢增大;不同坡度状态下边坡安全系数都随降雨历时增长而变化,其对边坡安全系数的影响大于降雨对边坡安全系数的影响。     

暴雨作用下排土场平台-边坡系统土壤侵蚀过程模拟研究

煤炭开采过程中会形成平台岩土紧实、边坡高陡松散的排土场,是露天煤矿土壤侵蚀最为严重的区域。排土场紧实平台的汇流作用是坡面径流侵蚀的主要动力,平台前缘出现的土体裂缝更是为地表径流涌入排土场提供优先路径,极大程度地增加排土场崩塌、滑坡、泥石流等水土流失灾害发生的可能性。研究降雨和微地形对排土场平台-边坡系统土壤侵蚀的作用机制可为露天煤矿排土场水土流失防治提供科学依据。以内蒙古胜利东二号露天煤矿南排土场为研究对象,利用相似模拟原理和土体裂缝等效模型建立排土场平台-边坡室内模型,采用人工模拟降雨试验研究不同降雨强度(90,120,150 mm/h)和土体裂缝深度(5,10,15,20 cm)条件下排土场平台-边坡系统土壤侵蚀演变过程、产流产沙特征和侵蚀沟形态特征。结果表明:排土场平台-边坡系统土壤侵蚀演变过程分为土壤溅蚀与面蚀、裂缝充水与坍塌、细沟侵蚀、裂缝贯穿、坡肩垮塌和稳定阶段6个阶段,土壤侵蚀过程是水力侵蚀和重力侵蚀共同作用的结果。当裂缝深度为5,10,15,20 cm时,排土场径流量依次为23.41,58.70,35.24,75.95 L,侵蚀量依次为3.79,19.66,23.01,...     

强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响研究

强降雨是导致尾矿库发生溃坝灾害的重要因素。为进一步探究强降雨洪水条件下尾矿库溃坝灾害影响,依托四川某尾矿库为研究对象,分析不同降雨频率条件下（200年、500年、1000年）的洪水暴发强度,并结合FLO-2D软件对强降雨条件下尾矿库溃坝影响进行了数值模拟。研究结果表明：溃坝量对尾矿库溃坝致灾程度有显著影响,溃坝砂流的灾害影响程度随溃坝量的增加而增大;溃坝尾砂流的最大淹没高度和峰值流速随溃坝量的增加而增大,下泄砂流的沿程淹没高度随尾砂运动距离的增加呈下降趋势;在地面高程变化幅度大的区域砂流的流速明显偏大,地面高程变化对砂流流速变化有较大影响。根据溃坝模拟结果,对强降雨条件下的溃坝尾砂流致灾影响程度进行了预估,为相关尾矿库溃坝灾害预测提供了参考。     

反倾似层状硬质岩体边坡倾倒变形响应规律研究

倾倒变形常见于软硬岩互层状岩石边坡,对于一定坡面结构面产状条件下的似层状硬质岩体边坡,也可产生倾倒变形。通过对坡度、结构面倾角及坡面与结构面走向夹角3个因素作用下的324种组合形式边坡进行数值模拟研究,选择坡面多点位移作为倾倒变形程度评价指标,探讨3个因素作用下的三维反倾边坡倾倒响应规律。通过分析对比发现:随倾角增加易倾倒变形区域位置呈现类"C"状折线变化,在倾角60°左右坡面坡角对边坡倾倒的控制作用相对最小,而走向夹角的控制作用相对最大;当走向夹角自-20°增至20°,易倾倒区域先呈沿近+X轴方向不断移动并扩展再沿近-X轴方向不断移动并收缩;在坡角变化下,易倾倒区域位置稳定,都集中在结构面倾角55°～70°,走向夹角约为0°。     

基于FLAC~(3D)的地表坡度对地表移动变形影响的研究

采用FLAC3D数值模拟方法,模拟了不同坡度下的地表移动变形,总结岩体在不同坡度下的移动变形特征。结果表明:地表坡度的增加使主断面最大下沉值不断增加,地表2个最大水平位移值之间的差值逐步增大,最大下沉点偏坡底方向,坡体坡度的增大会使坡体的下沉曲线的下沉值增大。     

内排土场边坡近自然重塑渗流及孔隙水压力特征研究

为研究我国东部草原区某露天矿边坡在近自然修复模式下的渗流及孔隙水压力特征,以GEO软件中SEEP/W模块为父项,拟合SLOPE/W模块对该矿区强降雨条件下的边坡抗侵蚀特征,渗流路径变化情况以及孔隙水压力重分布情况进行模拟分析。结果表明：对原内排土场边坡进行反S型重塑后,边坡抗侵蚀特性提升明显,单台阶上部及下部区域台阶坡面角降低,区域内径流流速下降,降雨入渗程度增加;受坡面形态改变影响,原内排土场边坡各级台阶坡面处均出现水流渗出现象,水土流失程度较高;重塑后,15 m及20 m台阶重塑模型渗流密集程度增加,内排土场坡面未表现出明显出水现象;边坡顶部孔隙水压力实现重分布,负孔隙水压力分布范围增加,过渡区域面积较为均匀,有效缓解了因不同岩层渗透系数差异性而导致的边坡上部岩层局部积水现象。