多弱层边坡破坏机理分析及形态优化

为了探讨多弱层边坡变形破坏机理,以某露天矿北帮边坡为例,综合分析以往勘探资料及研究成果,确定岩土体物理力学指标推荐值,并建立典型工程地质模型剖面。借助有限元软件分析边坡破坏机理,利用极限平衡法计算边坡稳定系数,并进行边坡形态优化。结果表明：多边坡破坏模式主要为沿弱层的“坐落—滑移式”滑动,易呈现多滑体滑动,弱层为破坏主控层;设计边坡稳定性沿弱层(1)(2)滑动存在不足,沿弱层(3)～(6)滑动存在富余;自上而下进行边坡角度优化,提出陡帮开采,提高煤炭回收率。     

抚顺西露天矿开挖作用下边坡变形破坏滑动规律研究

为了研究露天煤矿边坡变形、破坏、滑动全过程,以抚顺西露天矿为研究对象,应用 CDEM 方法模拟 开挖条件下抚顺西露天矿南帮坡顶、坡中、坡底的变形、破坏、滑动规律,探讨开挖深度对南帮边坡的影响情况。结 果表明：变形阶段,边坡整体向下压密变形,积蓄变形量;满足破坏条件,进入破坏阶段,边坡顶部受拉,萌生拉张裂 纹,裂纹沿着弱层面扩展,坡顶和坡底裂纹逐渐连接,最终贯穿边坡模型;滑动阶段,裂纹上下贯通形成滑体轮廓, 滑体沿着裂纹面发生失稳滑动,最后在坡底剪出。随着开挖深度增加,南帮弱层出露越多,边坡的临空区域增多, 引发滑坡几率越高,当开挖深度达到标高为-164 m 后,南帮边坡出现大规模滑坡,且滑坡模式为滑移—剪切式,研 究成果为抚顺西露天矿边坡治理与防护提供数据参考。     

安太堡矿与东露天矿换界开采对南帮边坡稳定性的影响

安太堡矿南帮边坡同时受露井联采、4~#煤风化、南帮靠帮等一系列不利影响,为了确保安太堡矿与东露天矿换界开采期间南帮边坡安全,利用FLAC~(3D)分析了南帮可能的破坏模式,利用GEO-Slope分析了南帮的稳定性。研究认为安太堡换界开采期间南帮边坡的破坏模式主要为上层黄土的崩塌破坏和弱层上部岩土体的顺层滑动,南部二号井工矿采空区影响范围到南帮上部表土台阶;虽然南帮表土台阶出现了局部崩塌现象,但是南帮整体的稳定性满足规范要求,能保证换界开采安全平稳进行。     

别斯库都克露天煤矿边坡破坏特征与稳定性分析

针对别斯库都克露天煤矿西帮和南帮设计的倾斜边坡破坏问题,开展了顺倾边坡破坏机理研究,分析矿区可能存在的破坏特征,通过数值模拟和稳定性数值计算,确定了矿区变形特征和边坡稳定性。结果表明:西帮区域滑坡特征为沿煤层底板弱层与火烧岩内部滑动,南帮区域滑坡特征为顺倾边坡溃屈破坏或沿着结构面发生失稳;同时,两区域边坡稳定性均不满足安全储备1.10的要求;从而建议西帮火烧煤区域沿露头煤开采,南帮区域破底帮开采。     

乌兰图嘎锗煤露天矿西帮到界边坡空间形态优化研究

针对乌兰图嘎锗煤露天矿西帮到界边坡空间形态问题,应用二维刚体极限平衡法对乌兰图嘎锗煤露天矿西帮到界边坡进行空间形态优化。研究结果表明,乌兰图嘎锗煤露天矿西帮到界边坡形态为:+1082m以下台阶并段,1082平盘宽11m,1092平盘宽13m,1102平盘宽20m,清帮后排土场坡脚距离采场上部境界37.5m;西帮到界边坡的破坏形式属张拉-剪切复合型破坏;岩土体自重、断层、弱层及自身强度特性是造成了乌兰图嘎锗煤露天矿西帮到界边坡发生切层-顺层滑动的诱发因素。     

基于多源数据的矿山边坡滑坡成因分析

针对某露天矿开采过程中边坡滑坡问题,采用无人机倾斜摄影测量与工程勘察联合调查的方式,基于多源数据对边坡滑坡的基本前兆特征及地质特征进行分析判断。结果表明,边坡滑坡的根本原因是开采形成高陡边坡后,边坡不良岩土体在应力重分布过程中向临空面方向产生塑性挤压变形,导致上覆岩层产生陡倾张裂隙;边坡滑坡变形的模式以蠕滑 拉裂的变形模式（表层蠕滑 后缘拉裂 潜在剪切面剪切）为主,破坏形式以滑塌为主;边坡潜在滑移面将在极软 软弱岩土层中发育;结合灰岩的分布特征判断,如边坡发生最终破坏,将以中浅层滑坡为主,滑动带深度多在20 m以内,滑坡后缘在新老裂缝发育区,剪出口位于+250 m平台以上。结果为边坡稳定性控制工作提供了理论依据。     

曹村石灰岩矿边坡稳定性分析

在综合分析工程地质条件的基础上,采用FLAC3D软件对曹村石灰岩露天矿南帮10#剖面边坡的应力、应变和位移变化进行了数值模拟分析。结果表明:南帮边坡失稳时,边坡破坏主要为剪切变形,并伴随着拉伸破坏;坡顶破坏最为严重,并以拉伸破坏为主;坡体在自身重力与地应力的作用下,从坡顶至坡脚形成滑移面,坡脚处发生剪切破坏,最终形成"切层—顺层"式滑动,提出锚固治理措施,保证边坡安全稳定。     

露天矿高陡边坡蠕滑区滑动机理分析

针对安太堡露天矿东帮北部高陡边坡出现的蠕滑问题,简述了边坡的工程背景和滑坡现状,研究了蠕滑区滑坡的主要形成因素及滑动机理;通过滑坡前后边坡面的形态、后缘张拉裂缝以及剪出口的位置对滑移面进行预测;运用FLAC^3D建立了边坡三维地质模型,并进行边坡的变形破坏分析,结合极限平衡分析软件Geo-slope对边坡稳定性进行计算,开展边坡稳定性评价。研究结果表明：边坡变形破坏分为后缘切层滑动、坐落式顺层蠕滑、前缘底鼓滑动3个阶段;雨季降雨以及地下水是造成边坡滑坡的主要外在因素,边坡面顺倾、软弱夹层的存在是导致边坡蠕滑变形的内在因素;自然状态下边坡研究剖面1 180～1 240 m水平段边坡稳定性系数为1.02,蠕滑区边坡稳定性为存在一定风险,需在该区域开展具有针对性的专项治理措施。     

地下采空诱发含软弱夹层顺层岩质斜坡变形破裂的相似模拟

以重庆武隆鸡尾山顺层岩质滑坡为例,依据相似原理,利用重庆大学变滑面顺层斜坡相似模拟试验装置,进行地下顺坡开采、逆坡开采、留设上下边界矿柱形成不同采空区影响下顺层岩质斜坡变形破裂响应相似模拟试验。试验结果表明:1顺层岩质斜坡在滑动面下沉量变化最大位置,坡体变形破坏剧烈,裂隙发育明显。2同样地质环境和采矿条件下,逆坡开采后形成的采空区对斜坡变形破裂影响最严重,更易诱发坡体破坏失稳,其次是顺坡开采,留设上下边界矿柱开采相对影响斜坡变形破裂较小。斜坡下逆坡开采采空区范围较小,越易造成坡脚岩体发生断裂破坏崩滑。3不同的岩层性质及距滑动面法向距离,其形变移动响应特征不同,但坡体均出现沿滑动面向临空面的滑移。4地下采空区影响下含软弱夹层缓倾斜顺层斜坡的变形机制为弯曲-断裂、挤压-滑移-拉裂。     

采动边坡失稳的动力过程及典型变形破坏机理

以平朔矿区露天井工协调开采工程实践为背景,采用物理模拟与数值分析相相结合的方法,分析了采动边坡的变形破坏特征与应力分布规律,揭示了"关键硬岩层"与"关键弱层"耦合作用下采动边坡的变形破坏模式与典型失稳机理,提出了采动边坡变形破坏演化的四阶段理论,即表生改造、结构改造、时效变形和最终失稳(稳定),建立工程力学模型,推导出了采动边坡进入时效变形和最终失稳(稳定)阶段的判据。     

白音华四号露天矿含断层逆倾边坡形态优化

白音华四号露天矿首采区西端帮为逆倾层状边坡,受坡体内顺倾断层及弱层双重影响,开采过程中存在滑坡风险。为保障采剥作业安全,开展了西端帮边坡稳定性研究工作。选取西端帮断层区的典型工程地质剖面作为研究对象,基于数值模拟,分析研究边坡变形破坏机制及潜在滑坡模式;基于刚体极限平衡法,对边坡稳定性进行定量分析。研究结果表明:边坡的滑移模式为圆弧、断层为侧界面,弱层为底界面的切层顺层滑动;边坡形态优化设计结果:三系底板弱层以上边坡角为18°,优化后的整体边坡角为23°。     

露天矿端帮采场边坡变形失稳特征与支撑煤柱稳定性判别方法北大核心

针对端帮煤开采引起的端帮采场边坡变形失稳问题,以我国鄂尔多斯地区露天矿端帮煤开采工程实践为背景,建立近水平条件下端帮采场边坡岩体移动破坏三维数值分析模型,模拟再现了煤层采出-采硐群形成-巷间煤柱破坏-边坡变形破坏全过程,揭示了端帮采场支撑煤柱与边坡岩体的移动破坏特征,探明了边坡发生变形失稳的关键部位和触发条件;在特征规律研究的基础上构建了端帮采场支撑煤柱承载模型,提出了基于尖点突变理论与安全系数评价法的支撑煤柱稳定判别方法。工程应用结果表明:该方法可在保证边坡稳定的前提下进一步提高端帮压煤回采率至60%以上。     

基于FLAC~(3D)的露天矿边坡稳定性分析与研究

采用FLAC~(3D)对露天矿边坡稳定性进行数值模拟,揭示工作端帮的破坏机理。采用Spencer和bishop 2种计算方法进行边坡稳定性计算,结果表明,采场端帮潜在滑坡破坏模式为粉质黏土内部圆弧剪切与土岩分界面顺层滑动形成的组合滑动模式,为边坡失稳的预防和治理提供了科学的依据。     

秀山矿边坡断层破碎带区域变形破坏模拟分析

秀山矿采场边坡受断层破碎带影响,在开拓延深过程中形成了较大的楔形体,通过对秀山矿采场工程地质条件和岩体性质进行详细实地勘察,深入了解断层破碎带边坡变形破坏机理。在此工程的基础上,建立滑移—弯曲式倾倒变形力学模型,进行室内单轴抗压试验,并采用Rhino6.0—FLAC3D6.0高精度耦合建模方法,对采场整体以及楔形体倾倒边坡进行数值模拟稳定性分析。研究结果表明：断层破碎带边坡形成的楔形体弯曲倾倒破坏现象存在发生变形的临界坡长;西采场边坡的上下盘岩性较为完整,边坡开挖过程中,断层、节理等破碎结构面容易张开发育贯通形成大的滑裂面;随着采场开拓延深,西采场北帮受断层破碎带影响,变形区域由局部变为整体失稳。     

不同井采方向边帮煤开采边坡稳定性及控制措施北大核心

边帮煤回采过程中边坡岩体会经历复杂的力学衍变过程,涉及原岩应力变化、变形破坏区扩展、边坡稳定性等问题;因此,选择合适的回采方向和有效的控制措施对于边帮煤回采边坡稳定性至关重要。提出采用顺坡和逆坡对边帮煤进行回采,在回采的基础上提出回填压脚和逆坡回采局部充填2种方案对边坡稳定性进行控制。研究结果表明:边帮煤回采边坡变形破坏及稳定性与回采方向有关,顺坡回采采场岩体破坏区发育强度和深度比逆坡回采弱,整体稳定性较好,逆坡回采边坡稳定性会发生衰减致使平盘存在剪切失稳现象,且回采工作面长度小于顺坡回采,因此顺坡优于逆坡回采;根据顺坡和逆坡2种回采方案边坡变形破坏区发育及稳定性状况提出回填压脚和逆坡回采局部充填方案对边坡稳定性进行控制,回填压脚可以改变边坡原有结构形态,使边坡内部岩体运移状况得到缓解,达到控制破坏区发育的目的,逆坡回采局部充填,可以对边坡内部变形破坏的岩体形成有效支撑,达到遏制破坏区扩展的效果,减缓边坡平盘因工作面回采所造成的破坏,直至达到控制边坡稳定性的效果。     

露天矿顺层高边坡稳定性及滑坡机理分析

将海州露天矿北帮顺层高边坡设为研究区,考虑研究区现场工况的复杂多变,采用三维数值模拟分析和极限平衡分析方法,分析该研究区的顺层边坡的稳定性及其滑坡机理。结果表明,研究区属于沿基底弱层滑动和排弃物料内部滑动的组合式滑坡类型,产生类滑移弯曲变形的滑坡演化模式,北帮顺层边坡整体的稳定性满足要求,但存在局部滑坡的可能性;其边坡最大位移处于坡面下部,重新分布后内部应力未达到平衡,垂直应力未出现集中现象;研究区边坡整体性满足规范要求,但由于地下采空、坡面覆土堆载等多因素的复合作用,使得断层上盘边坡的安全系数降低,局部稳定性较差。     

井采塌陷对边坡稳定性影响研究

采用FLAC~(3D)数值模拟软件研究井采塌陷对边坡稳定性影响。研究结果表明:在2种采动效应的影响下,坡体在不同位置发生的破坏和变形不同。在水平推力作用下,坡体内部主要以剪切拉伸破坏为主,推力加剧时,会发生滑体沿弱层的剪切滑移。在水平推力和采动效应的作用下,位于采空区的最前端和最后端由于开采能量释放,致使岩体强度削弱加剧,使边坡稳定性降低。     

振动对松软含煤夹层顺层边坡稳定性影响的模型研究

露天煤矿开采形成的采坑松软含煤夹层顺层边坡的稳定性研究是治理边坡提高煤采率的基础,本研究将处于静态平衡状态的松软含煤夹层顺层岩体边坡在振动作用下的滑移失稳问题视为层面抗剪强度指标(φ、c)弱化造成的.通过振动模型实验研究发现,在层面强度及振动频率一定时,随着振动速度的增加,松软含煤夹层等效动内摩擦角和等效动粘聚力弱化值逐渐增大,且它们与振动速度成幂函数关系;利用等效内摩擦角、弱化值及岩层倾角关系可判断振动作用下煤矿采坑松软含煤夹层面性质的顺层边坡的动稳定性.     

层间弱接触面对穿煤层页岩气井稳定性的影响

不同性质岩层间的弱接触面是影响边坡、地下巷道及硐室等岩土结构稳定的关键因素之一，煤层开采引起的覆岩运动是导致采动影响区内垂直页岩气井破坏的主要原因，针对垂直穿过长壁煤柱的页岩气井井筒稳定性问题，利用二维地质模型，对井筒剪切、离层、拉伸及压缩等变形量进行了预测，对比分析了层间弱接触面对穿煤层垂直页岩气井稳定性的影响；根据煤柱内不同布井位置条件下井筒各类变形的大小及轴向分布规律，得到了井筒沿轴向易于失稳的危险高度并优化了布井位置。结果表明，FLAC程序中的接触面单元能够很好地表征由采动引起的、沿软硬岩层间弱接触面出现的动力响应，对井筒的主要失稳模式——剪切失稳展现效果良好。     

高承压水上底板采动岩体裂隙演化规律研究

为深入研究深部高应力、高水压和强开采扰动复杂环境下的岩体破裂问题,按裂隙产生的位置和机理,将深部底板采动岩体裂隙分为剪切裂隙、层向裂隙和竖向张裂隙,利用力学知识分别演算获得了三种类型岩体裂隙的起裂准则。借助"钻孔双端封堵侧漏装置"对赵各庄煤矿1237工作面进行的底板破坏实测结果,研究了深部底板采动岩体的裂隙演化实测规律。结果表明:煤层采深越大,底板采动破坏深度越大;煤层开采过程中深部底板采动岩体的原生裂隙呈现先闭合后张开再闭合,新生裂隙起裂发育后逐渐闭合的演化规律;底板岩体破坏的初始位置和裂隙发育程度与岩层的岩性、受力等因素有关,验证了深部底板采动岩体裂隙起裂准则分析的准确性。