火烧蚀变岩和火烧高变质煤试样抗剪强度指标测定实验研究

煤岩抗剪强度指标是进行岩土体稳定性分析的基础,而以往对于火烧蚀变岩和火烧高变质煤岩抗剪强度方面的资料并不全面。以新疆别斯库都克露天煤矿火烧区为例,对火烧区及采场岩土体进行取样,进行火烧蚀变岩和火烧高变质煤的抗剪强度实验研究,获得不同煤岩剪切应力曲线和抗剪强度关系曲线,为新疆别斯库都克露天煤矿火烧区边坡的稳定分析提供科学依据。     

不同开采条件下露天矿火烧区边坡参数优化研究

针对弃采高变质煤和全煤层开采条件下火烧区边坡不稳定的问题,以别斯库都克露天煤矿KT3剖面为例,对边坡参数进行优化分析,采取不同的边坡参数调整方案后,进行边坡参数修正后的稳定分析,计算结果表明边坡稳定系数达到安全储备系数的要求,研究结果为露天煤矿安全开采和边坡综合治理提供科学指导。     

巨厚富水烧变岩露天边坡隔水煤(岩)柱构造技术研究

新疆大南湖矿区烧变岩厚度大,富水性强,隔水煤(岩)柱留设与边坡稳定控制问题是露天煤矿开采的关键之一,以新疆大南湖二矿为背景研究地下水与爆破振动耦合作用下烧变岩边坡隔水煤(岩)柱构造技术。通过现场爆破试验和数值模拟分析,揭示了边坡岩体应力和安全系数变化规律,确定了爆破振动影响范围|建立了多岩层隔水煤(岩)柱模型,提出了烧变岩露天矿隔水煤(岩)柱留设方法|基于边坡稳定分析给出烧变岩边坡参数设计方案,采用极限平衡方法对边坡参数进行了优化。结果表明：大南湖二矿隔水煤(岩)柱尺寸为火烧区边界+400m水平留设50m,考虑水力坡降优化后的边坡角为24°,相较原设计提高了2°,地下水与爆破振动耦合作用下烧变岩露天边坡隔水煤(岩)柱构造技术解决了边坡稳定控制及坡面涌水问题,对内蒙古西部及新疆地区烧变岩煤矿的安全开采具有一定参考。     

饱和状态下火烧蚀变煤岩抗压强度评定研究

饱和状态下的岩石立方体(或圆柱体)试件的抗压强度可用来评定岩石强度,以便于岩石的强度分级和岩性描述。对新疆别斯库都克露天煤矿火烧区火烧蚀变岩、火烧砂岩及原煤进行采样,开展饱和状态下火烧蚀变岩、火烧砂岩及原煤的强度评定实验研究,得到不同火烧蚀煤岩的强度特性曲线,并进行强度分级和岩性描述,为新疆别斯库都克露天煤矿火烧区边坡煤岩体的稳定分析和区域划分提供科学依据。     

露天矿火烧区露头煤岩遇水崩解试验研究

煤岩体风化后强度明显降低,尤其火烧区煤岩风化后遇水软弱极易发生崩解,且在不同含水率状态下煤岩抗剪强度差异很大,严重威胁到边坡工程的安全及稳定。针对别斯库都克露天矿火烧区露头煤岩风化严重的情况,对火烧区露头风化煤岩进行标准固结实验、崩解试验和不同含水率条件下的剪切实验,得到火烧区露头风化煤、岩的崩解状况,找出软弱土岩的粘聚力与内摩擦角随含水量的变化规律,研究结果对边坡工程稳定性分析和评价至关重要。     

烧变岩侵蚀条件下倾斜煤层露天矿分区境界优化

为了优化烧变岩侵蚀条件下倾斜煤层露天矿分区境界,分析了新疆煤田烧变岩赋存特点,以及煤、岩层赋存情况的随机性,以神华新疆能源有限责任公司黑山露天煤矿为例,通过构建模拟开采境界,揭示了境界剥采比与平均剥采比随分区境界外扩的变化规律,确定了烧变岩侵蚀露天矿分区境界圈定的原则及适用条件;通过SMCAD软件构建了黑山露天煤矿三维仿真境界;提出了通过建立煤、岩层层状属性块体模型,用块量反验方式校验三维境界的方法。研究结果表明:黑山露天煤矿经济合理剥采比nj为8.06 m~3/t,满足了境界剥采比n_0=4.4 m~3/t≤nj条件,即存在以"境界剥采比小于或等于经济合理剥采比"为原则确定的合理境界;采用块量反验方法得到其块量里收境界剥采比与块量外扩境界剥采比,从三维角度实现了反验设计境界的合理性,由块量反验可知块量外扩分区境界剥采比nk+,i=8.05 m3/t≤nj,合理确定了外扩境界,从而实现了烧变岩侵蚀条件下露天矿经济效益的最大化。     

顺兴露天煤矿北排土场北帮边坡稳定性分析

以顺兴露天矿北排土场北帮边坡为研究对象,应用简化Bishop法和传递系数法相结合,对排土场边坡稳定性进行了系统研究,揭示了坡角对边坡稳定性的定量影响,确定了不同排弃高度条件下的合理边坡形态与参数。研究结果表明,当边坡角增大时,顺倾露天煤矿北排土场北帮边坡稳定性近线性降低;滑坡模式为当排弃高度40 m时,稳定边坡角为22°,最终平盘宽度为37.4 m;当排弃高度60 m时,稳定边坡角为20°,最终平盘宽度为36 m。     

基于地层结构分析的露天煤矿边坡角优化

针对露天煤矿软岩边坡的特点,考虑边坡安全稳定、采矿工艺及剥采比等因素,提出了基于地层结构分析的露天煤矿边坡角优化方法。该方法以边坡的地层结构和岩土体类型为基础,利用极限平衡分析法计算各工况安全系数。首先确定安全稳定条件下单台阶最优边坡角,再根据不同岩土体性质确定各岩土层的最优边坡角,最后结合采矿工艺确定露天矿边坡角。     

白音华1号露天矿北帮边坡稳定性分析

针对白音华1号露天煤矿采场北帮复合顺倾边坡的工程实际,基于刚体极限平衡分析手段,应用FLAC~(3D)软件对边坡的应力应变和位移变化进行了数值模拟分析。研究了露天矿土岩复合顺倾边坡的滑坡模式和稳定性,计算出最终工作平盘宽度从而确定最终边坡形态,确保采场北帮煤炭资源开采的安全。研究结果表明:白音华1号露天矿采场北帮复合顺倾边坡的滑坡模式为组合滑动;通过边坡稳定性分析确定边坡抗滑稳定安全系数,使采场北帮复合顺倾边坡满足安全要求的边坡角为13°。保证安全生产的前提下,寻求经济收益最大化。     

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。     

井工开采对露天矿边帮稳定性影响研究

运用数值模拟软件FLAC3D对安太堡露天矿采用井工开采露天边帮剩余煤炭资源时的顶板岩层运动特点及边帮稳定性进行了研究。结果表明：随着距露天开采地面停采线距离的不同,边帮体内压应力、压应变均呈非线性减小趋势;随着井工开采的不断推进,其顶板内的应力集中呈不对称分布,顶板岩层变形也呈非线性分布;井工开采将促使边帮体内形成明显偏向边帮体自由端方向的拉应力区;可能导致边帮体发生滑移的主要因素将是边帮体上覆岩土体的挤压、推移与井工开采产生采动作用对边帮底部岩体岩性的劣化作用;存在着一个既使露天边帮保持安全、又可实现尽量多回收煤炭的井工开采理论尺度。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

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。     

基于正交试验的露天矿含断层边坡敏感性分析

随着露天矿的不断开采,形成的边坡高度较大,而且矿区的工程地质条件相对比较复杂,边坡在采动过程中的稳定性问题变得日益突出。尤其是大部分的露天矿都存在断层,使得边坡体的变形破坏机制及稳定性问题变得极为复杂,对矿山人员以及安全的生产产生很大的危害。因此,将正交试验和数值模拟相结合,选取断层厚度、断层倾角、断层黏聚力、断层内摩擦角及断层的露头处距边坡距离5个因素进行分析。最后对模拟的结果进行多因素方差和相关性分析,得出影响边坡稳定性的主导因素和相关性因素。结果表明,断层相关参数对含断层岩质边坡稳定的影响程度为:断层倾角影响程度最大,断层内摩擦角其次,断层黏聚力较小,断层厚度及其露头距离边坡的距离影响程度较小。     

井工露天同期采动下边坡岩体变形机制的模拟试验研究

在井工露天同期开采条件下，且露天边坡位于井工采动影响范围内，边坡岩体的变形与破坏，受两种开采的共同影响，因而岩体的变形与破坏机制不同于单一露天开采条件下的边坡变形。笔者就此问题进行了底面模型摩擦试验研究，为矿山边坡变形分析和采矿设计提供理论基础和科学依据。     

基于GA-BP模型的露天矿边坡稳定性预测

针对现有研究方法在预测露天矿边坡稳定性时存在适用性不强和误差大的问题,基于遗传算法对BP神经网络进行改进,提出一种露天矿边坡稳定性预测模型。该模型以坡体容重、黏聚力、内摩擦角、边坡倾角、边坡高度和孔隙压力6个参数为输入变量,以安全系数为输出变量,随后利用该模型对露天矿边坡的实例进行分析,与传统BP神经网络预测模型性能进行比较。研究结果表明:GA-BP模型在进行露天矿边坡稳定性预测时效果好,具有误差小和计算精度高的优点,为准确预测露天矿边坡稳定性提供了一种新的方法。     

露天转地下开采覆岩采动响应的坡角影响效应研究

以某矿山露天转地下开采为背景,研究了不同边坡坡角影响下采场上覆岩体的采动响应特征,以揭示覆岩采动响应的坡角影响效应。结果表明,采场内部应力随着矿体开挖推进不断进行重新分布,并持续沿矿层倾向向前方岩体动态转移,在前方形成应力增压区,最终达到新的平衡; 坡高一定时,坡角过大或过小都不利于覆岩的稳定,而是存在一个较为合适的中间值,45°坡角时,采场覆岩比35°和55°模型应力及位移沉降更小,但塑性区发育不及35°及55°模型充分。建议露天开采完后对边坡进行削坡处理,以控制边坡角度45°,然后再转入地下开采。     

Effect of highwall parameters on the open pit operation and limits

The article addresses the open pit mining of lightly pitching coal below different surface topography. Based on the analysis of the effect exerted by highwall angle on the current stripping ratio, suggestions are made on possible improvement in the open pit mine performance and extension of its life by changing the slope angle of the open pit highwall.