急倾斜矿体露天转地下开采边坡滑移机制研究

露天转地下开采的安全问题是近年来研究的热点问题之一,边坡及环境安全因受矿体赋存条件、工程地质及其断裂带分布条件的影响较大,所以不同矿区的破坏属性差异大。本文以北京某矿山的生产实际为工程背景,研究了地下采区不同区域的开采对不同空间位置边坡稳定性的影响,揭示了两种开挖体系之间相互诱发与相互扰动机制、以及采动影响域相互重叠加或包含的特点,然后根据其数值模拟结果,并结合采动效应相互作用和相互叠加特征,区划出不同开采位置诱发的危险变形区域。在此基础上进一步分析其对边坡稳定性的影响特点及其变形规律,并提出了有效控制方法,从而为矿山安全生产提供了决策依据。     

露天转地下开采诱发高边坡滑移机制研究

露天转地下开采过程中边坡稳定问题是矿山安全生产的关键技术和核心难题之一。以工程实例为基础,应用离散元数值模拟,选取合适的力学参数,运用3DEC、Matlab等软件系统,分析了地下开采对高大边坡稳定性的影响机制、滑移特点和后续变形发展趋势。研究结果表明：受露天与地下开采两者的复合采动作用的影响,滑移变形产生了叠加作用,地表的下沉曲线形成多个大小不同的下沉盆地,导致不同区域边坡岩体变形破坏程度也不同。根据数值模拟结果可知：地下采区的不同开采阶段诱发的移动角大小不同,开采厚度不同,上覆岩体的破坏程度也不同。所以,露天转地下开采中,边坡稳定性主要受到采空区处理方式和开采厚度等多重因素的影响;在边坡稳定性评价时,需要结合具体开采情况进行分析和评价。     

金属矿山露天转地下开采的关键问题研究进展

金属矿山由露天转地下开采后,露天边坡及周围岩体与地下开采组成一个复合的动态采动体系,其变形和力学行为极为复杂,局部呈现出典型的非线性特征,给矿山的地压管理与安全生产带来了严重挑战,一直是国内外科研工作者研究的热点。目前人们对脉状或者块状的铁矿、铜矿露天转地下开采技术已有大量研究成果,但由于各种类型矿山地质采矿赋存条件的差异性,加之露天边坡岩体与地下开采环境的复杂性和不确定性,人们对露天转地下开采后岩体的采动变形机理与力学机制依然缺乏科学的、定量化的分析和表达。本文在综合分析大量文献的基础上,从国内外金属矿山露天转地下开采矿山现状、露天转地下开采的平稳过渡问题、边坡变形破坏特征和失稳机理以及安全管控技术、地下开采对露天边坡的影响效应及作用机制、"露井复合开采"相互作用机理等几个方面对金属矿山露天转地下开采的研究现状进行了深入系统论述,同时展望了金属矿山露天转地下开采研究的发展趋势,为工程实践提供理论参考。     

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。     

某矿山露天转地下开采对露天边坡的稳定性研究

以某露天转地下开采矿山为背景,利用FLAC~(3D)软件建立露天采坑及矿体模型,并对地下开采和充填过程进行模拟,得出露天边坡和坑底的位移及应力变化情况。模拟结果显示,在露天坑底预留保安矿柱的前提下,采用充填法开采能有效控制露天边坡及坑底的沉降、变形,从而减小地下开采对露天边坡稳定性的影响;但随着开采区域向上推进,应加强对露天边坡及坑底保安矿柱等应力集中区的监测,以确保矿山生产安全。     

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。     

基于灰色多层次的露天转地下开采边坡稳定性评价模型

矿山露天开采中后期会转入地下开采,而露天转地下开采过程对露天边坡稳定性的影响将直接决定着矿山的安全生产。因此,研究露天转地下开采边坡的稳定性,并对其进行评价具有非常重要的实用意义。结合现场调研情况和实际工程,基于灰色多层次分析评价理论构建出露天转地下开采边坡的灰色多层次分析评价模型。研究表明,海南某铁矿露天转地下开采边坡基本稳定,需要采取一定的防治措施,结果与实际情况吻合,因而灰色多层次分析评价模型能较好地对露天转地下开采边坡进行稳定性评价,具有一定的实用性和可行性。     

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。     

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。     

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。     

高陡边坡下挂帮矿开采方法与稳定性分析

我国许多大中型露天矿山经多年开采形成高陡边坡,并积压大量挂帮矿,这部分矿体开采条件差,特别是露天转地下矿山,挂帮矿的安全高效开采对整个矿山的经济效益和生产安全具有重要影响。以庙沟铁矿露天转地下开采为背景,基于露天转地下开采的时空特征,提出一种低分段平底结构的分段矿房法。研究表明,这种方法可有效回采挂帮矿,且有利于采后边坡处理与覆盖层形成。采用有限元软件进行挂帮矿开采过程中边坡与采场稳定性数值分析,结果证实,低分段平底结构分段矿房法可安全、高效地回采高陡边坡下的挂帮矿。     

露天转地下开采边坡岩体滑移规律研究

采用数值模拟方法,研究了地下采动对边坡岩体变形的影响特点与规律,并结合海南铁矿石碌矿区露天转地下开采具体的采矿方法进行分析,从中探索在先期露天开采并形成一定边坡规模条件下,在其下部继续进行地下开采后,边坡岩体的应力应变、变形破坏机制,以便为该矿山或者类似矿山的后续采矿设计以及安全生产提供一定的理论依据.     

深凹露天转地下采场巷道围岩监测及稳定性分析

通过现场监测和数值分析相结合的方法,从位移和应力角度对杏山铁矿露天转地下开采过程中的露天边坡和井工巷道的围岩稳定性问题进行研究,分析了采场巷道围岩的位移、应力变化规律,揭示了露天转地下开采过程中围岩体所受复合采动扰动的力学机理,结论如下:巷道两帮和顶板围岩位移增长率均呈现出典型"S"形趋势,即"加速变形期-急速变形期-平缓期",最大复合采动应力大约距工作面40m左右,采场扰动和巷道掘进扰动的应力叠加,成为巷道变形破坏的主要原因;地下开采过程中,覆盖层下沉,巷道顶板应力由垂直转向侧向挤压,随着开采深度的增加,覆盖层下移距离增大,坡脚拉应力和巷道应力集中区域增大,导致露天转地下开采过程中围岩体发生破坏失稳。     

开采扰动下覆岩变形规律及断层导水通道分析

开采扰动诱发断层活化是导致矿坑涌水量增加的重要影响因素。通过岩石全应力-应变、渗透试验,并建立矿区地质模型及数值计算模型,分析开采扰动对断层活化的影响范围及进行定量化研究。研究表明:峰后岩石渗透率约为峰前岩石的渗透率的2倍,峰后岩石裂纹的贯通导致渗透率发生本质变化;露天坑三维地质模型显示覆岩断层为主要导水通道,且受地下开采扰动的影响显著;露天坑右侧边坡的位移值是左侧边坡位移值的4倍,易发生断层岩移导致涌水量突增以及边坡滑动的风险;根据位移梯度变化开采扰动区域可分为岩体破裂冒落区,破裂过渡区、变形移动区、微变形区和未扰动区5个区域。研究结果有利于优化地面堵水注浆帷幕的布置。     

露天转地下开采对矿区地表铁路安全的影响

采用概率积分法和数值模拟分别对某硫铁矿露天转地下开采区域上方露天边坡边缘的货运铁路沉降变形进行了计算和分析,并根据分析结果优化了开采顺序,降低了地下开采对露天坑底及上盘边坡的影响,使铁路路基沉降位移有效减小,对合理开发利用资源和保护地表设施安全提供了理论支持。     

复杂应力条件下露天矿高边坡动态开采模拟与响应分析

针对露天转地下开采边坡在双重应力作用下的稳定性问题,以某大型露天煤矿边坡北边帮为研究对象,借助数值模拟手段开展了不同工况下边坡在动态地下开采作用下的响应分析与稳定性评价。选取对矿区生产与安全影响较大的北边帮中部区域作为目标研究区,应用Midas Nx有限元软件,模拟边坡在井工开采前后、4#、9#煤工作面不同推进深度时的边坡动态响应。研究结果表明:采空区的存在会降低边坡的安全系数,并引起采空区覆岩的应力重分布,使上覆岩体产生变形破坏,影响边坡的稳定性,确定了采空区对边坡的影响程度与采空区的规模、位置有关,同时确定回采边线的位置对边坡的稳定性及资源采出率至关重要。     

眼前山露天矿转地下开采边坡大变形模式数值模拟

针对眼前山铁矿露天转地下开采条件下的边坡岩体的变形、破坏和稳定性问题,采用FLAC大变形模式分析了矿体开采不同深度下的露天边坡变形破坏特征。开挖模拟显示北帮软岩边坡易产生大量滑落,但一般不会形成突然快速的滑坡,对地下开采的安全影响不大,但大量小颗粒碎石补充岩石覆盖层,对控制损失贫化指标不利。南帮硬岩边坡岩体开采初期未出现较大的变形和整体滑移。     

开挖对岩体稳态的扰动与活化分析

本文将结合矿山开采实例与变形特点 ,研究和探讨在先期进行地下开采条件下 ,在其影响域内继续进行露天开采所诱发原平衡体的复活特点与边坡岩体的滑移机制及其变形规律。     

工程扰动下矿山高陡边坡力学响应规律研究

露天矿山中存在大量的高陡边坡与凹陷露天深坑,受区域环境影响,开采过程中各种生产扰动可能会造成滑坡、滚石等现象,威胁生产安全。基于高陡边坡稳定性分析相关理论,综合考虑工程区域地质条件,建立了边坡稳定性分析的数值模型。采用显式—隐式结合的计算方法,通过LS-DYNA软件对露天矿山高陡边坡爆破布置方案进行模拟,实现了计算结果的唯一可解性、无条件稳定性和收敛性。从时变角度对静力场应力迁移与动力扰动的共同作用进行了研究,针对扰动影响开展了动静耦合力学响应规律分析。研究表明：①上覆岩层剥离后边坡体坡面及台阶位置产生卸荷力学行为,坡顶位置振动速度较大,生产中坡顶易发生碎石滚落,需重点防范;②在工程爆破中,炸药量越大,塑性范围随之呈正比增长关系。爆心距较大的单元变形受地应力作用影响明显,爆破动力仅提供初始扰动作用。③根据不同药量爆破动力强度的分析,为了减震降灾,应当尽可能维持最优药量爆破,或者采用预裂爆破形式,削弱爆破振动对周边环境的影响。通过完成矿山高陡边坡稳定性优化研究,实现了动静荷载还原的边坡稳定性时程分析,可为露天矿山开采扰动影响的预测预警提供参考。