含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性影响因素分析

为定量揭示露天矿开挖过程中各人为因素对含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性的影响及其程度,以扎哈淖尔露天矿南帮边坡为工程背景,基于强度折减法,应用FLAC~(3D)数值模拟软件,探讨了开挖位置、开挖坡角和内排追踪距离不同时南帮边坡的变形破坏机制和边坡稳定性的影响规律。结果表明:无论开挖位置、开挖坡角与追踪距离如何变化,横采南帮的滑坡模式均为以IVC煤底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;在横采条件下,边坡三维稳定性主要受内排追踪距离影响,随追踪距离的增大呈负指数规律减小,且随开挖位置的向南偏移或开挖坡角的减小近线性减小;在横采条件下,内排土场与工作帮间的追踪距离控制在一定范围内时,可以充分利用边坡稳定性的三维效应回收煤炭资源。     

断层倾角对矿山顺倾层状边坡稳定性的影响研究

为研究顺倾断层倾角对露天矿顺倾层状边坡稳定性的影响,以元宝山露天煤矿东帮工程为背景,应用FLAC~(3D)对F_1断层进行模拟,对比其在不同倾角条件下顺倾层状边坡的滑移模式及稳定性变化规律。研究表明,元宝山露天煤矿东帮边坡稳定性主要受(4)号弱层控制,同时F_1断层倾角亦是影响边坡滑移模式与稳定性的重要参数;在F1断层赋存的倾角位于45°~60°之间时,该矿东帮边坡的稳定系数随着断层倾角的增加线性增大;当断层倾角超过65°时,F_1断层不会再对边坡滑坡的模式与其稳定性造成影响。     

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°。     

扎哈淖尔露天矿南帮横采内排边坡形态的确定

针对扎哈淖尔露天矿南帮受到顺倾地层和岩体力学性质差的影响[1-3],对初设纵采南帮到界边坡进行稳定性分析,通过建立边坡三维模型分析横采内排条件下边坡开挖位置、开挖角、追踪距离对边坡稳定性的影响,确定了横采内排条件下满足稳定性要求的南帮边坡形态。     

斜交断层影响下露天煤矿顺倾层状边坡稳定性研究

断层对露天矿边坡滑移模式及稳定性的影响极为复杂,为矿山安全生产带来严重威胁;尤其在断层与顺倾弱层共同影响下,会发生滑坡事故。基于现阶段研究成果侧重于断层倾角、厚度、产状、断距等地质特征对边坡稳定性的影响,对于断层与顺倾弱层共同影响下边坡滑移模式及稳定性的研究相对较少。为探究断层形态对顺倾层状边坡滑移模式及稳定性的影响,以元宝山露天矿东帮边坡为工程背景,应用现场调研、理论分析、数值模拟等方法探明了该矿东帮边坡工程地质特征,建立了边坡三维地质模型,并通过改变断层倾角以及断层走向与边坡走向交角2种方式描述断层空间位置,同时基于数值模拟分析结果从边坡滑移模式的角度阐明断层影响下边坡稳定性变化规律。研究结果表明:当断层倾角介于50°～65°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏,稳定系数随断层倾角增加逐步增大,当断层倾角大于65°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏,稳定系数不再改变;当走向交角介于30°～70°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏,稳定系数随走向交角增加而增大,当走向交角大于70°时,边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏,稳定系数不再发生变化。     

三维效应下内排追踪距离对边坡稳定的影响

为保障露天矿边坡安全,提高露天煤矿资源采出率,根据边坡变形破坏机理及影响条件,对露天矿横采内排过程中,采场形态对露天矿边坡稳定性的影响进行研究;以巴基斯坦塔尔煤田为研究对象,通过FLAC^3D分析边坡变形破坏机理,明确滑坡模式,对横采内排追踪距离进行分析,为煤矿边坡优化提供参考依据。结果表明：边坡破坏类型属于张拉-剪切复合型,受到采场工作帮与内排土场的双重支档作用,边坡稳定性整体增大;当内排追踪距离为50～100 m时,边坡三维空间效应显著,稳定性较高;随着追踪距离增大,稳定性越来越差。     

露天矿顺倾层状边坡稳定性的断层效应

作为一种典型的露天矿山边坡,含断层顺倾层状边坡的变形破坏机理及稳定性等问题尤为复杂。结合元宝山露天矿东帮边坡工程实际,基于强度折减理论,同时考虑岩体剪切和拉伸两种破坏机制,应用RFPA软件模拟研究了断层处于不同位置及无断层条件下顺倾层状边坡的动态失稳过程,分析了断层对边坡滑移模式、稳定性以及滑坡力学成因机制的影响,阐明了断层效应。研究结果表明,元宝山露天矿东帮边坡的滑移模式及稳定性主要受F1断层和顺倾弱层控制,断层的存在与偏移导致的坡体内剪应力状态改变以及断层自身的抗剪强度是边坡滑移模式和稳定性发生变化的根本原因;边坡的滑坡力学成因类型与断层无关。研究结果可为露天矿合理滑坡防治措施的提出及剥采工程设计与施工提供参考。     

扎哈淖尔露天矿北帮边坡稳定性研究

为了最大限度采出煤炭资源,基于刚体极限平衡理论与强度折减理论,利用CAD软件二次开发与FLAC3D软件分别建立扎哈淖尔露天矿到界北帮边坡二维与三维分析模型,研究了在二维纵采条件下和三维横采内排条件下的北帮边坡失稳模式与稳定性变化规律,确定了到界边坡最优边坡形态。结果表明:到界边坡失稳模式与稳定性主要受511煤层顶板、532煤层底板和543煤层底板弱层控制,其滑坡模式为开挖后的临空面与弱层面为底界面的切层-顺层组合滑动;结合不同弱层层位位置,在纵采条件下分阶段确定了北帮到界边坡形态;利用横采内排的开采程序,在空间上借助于横采工作帮与内排土场支挡的三维效应,最终确定弱层暴露长度为100m,开挖坡角33°,北帮到界局部边坡角可提高11°,可使煤炭开采效益最大化,最大限度回采煤炭资源155.7万t。     

露天矿多软弱夹层边坡变形机理与形态优化研究

针对露天矿多弱层顺倾到界边坡形态设计问题,结合现场实际情况,通过对地质构造、岩层岩性、软弱夹层赋存情况等工程地质特征进行分析,基于刚体极限平衡理论与数值模拟的手段,研究了含多弱层-断层构造复合顺倾边坡的变形破坏特征、滑坡模式以及不同弱层对边坡稳定性影响程度;采用分段优化方式对到界边坡最终形态进行优化,确保了端帮到界开采过程中煤炭采出的安全高效,为类似边坡工程的滑坡防治提供参考。研究结果表明:露天矿含多弱层-断层构造复合顺倾边坡中,上部岩体含多弱层且岩层风化严重,强度较低,随矿坑深度增加,下部断层带处岩体对上部岩体的约束作用减小,露天煤矿端帮多弱层顺倾边坡的潜在滑坡模式为下部牵引致使沿弱层发生顺层滑动,软弱泥岩是滑坡的主控层,泥岩弱层和断层破碎带的相对位置关系是滑坡的主控因素;当F_5断层以上区段坡角为12°,F_5断层以下区段坡角为18°,整体坡角为14°时,边坡能够处于稳定状态。     

胜利东二号露天矿首采区南帮复合边坡稳定性研究

针对胜利东二号露天矿首采区采场南帮-南排土场复合边坡变形实际情况,结合现场揭露的泥岩弱层等工程地质条件,建立了南帮复合边坡模型,利用极限平衡法对南帮复合边坡稳定性进行分析,得出南帮复合边坡存在滑坡危险的结论,预测其破坏模式为顺层滑坡。     

新疆准东露天煤矿单一巨厚煤层复合边坡空间形态优化

针对单一巨厚煤层露天矿土-岩复合边坡稳定性及空间形态问题,以新疆准东露天矿为工程背景,采用刚体极限平衡和FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了露天矿复合边坡的稳定性及空间形态,分析了复合边坡的潜在滑动模式及稳定性规律,确定了采场与排土场的最大安全距离。研究结果表明:新疆准东露天矿采场最终边坡角为34°,排土场边坡角为23°,排土场与采场安全距离为150 m时满足安全性与经济性要求;单一巨厚煤层露天矿土-岩复合边坡的滑坡模式为沿排弃物内部的圆弧滑动和以坡体出露弱层面为底界面的组合滑动;在岩体自身重力作用下,单一巨厚煤层露天矿土—岩复合边坡破坏形式为拉张—剪切复合型。     

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。     

大孤山露天矿西北帮边坡稳定性分析及治理措施研究

大孤山矿进入深部开采,边坡逐渐增高加陡,边帮岩体始终处于动态演化过程,边坡岩体台阶出现开裂、局部小滑坡等灾害的概率不断增多,严重影响了矿山安全开采。基于大孤山露天矿地质条件调查结果,结合室内岩石物理力学试验和岩体参数转化等研究手段,建立了边坡延深开采数值模型。以监测信息为基础,采用FLAC3D软件对大孤山露天矿西北帮边坡进行了开挖施工和削坡治理的数值模拟分析。讨论了西北帮边坡变形破坏是由量变累积到质变的渐进发生过程,由坡体内部潜在滑面逐渐破损并扩展至滑面贯通。通过对比分析开挖至-330 m境界和-438 m境界时的边坡变形场、塑性区,分析了大孤山浅部边坡与深部边坡破坏机制的不同点,研究了开挖对边坡破坏的影响,即开挖会使边坡软弱带变形剧烈增加,进而引起整个边坡失稳。通过对削坡后边坡施工开挖的模拟分析,评价了削坡工程对边坡的治理效果。削坡治理后边坡最终境界安全系数由0.98提升至1.1,边坡稳定性提高,但较设计规范的边坡永久安全系数1.2相比仍偏小,边坡仍处于欠稳定状态,需采取多种手段进行综合治理,即采用挂网喷射混凝土护面及局部设全长黏结锚杆防护的措施治理F14断层出露部分,采取预应力锚索与肋柱相结合的方法稳固楔形体边坡整体变形,采取地梁与锚桩组合的方式加固-210 m平台坡脚。     

井采扰动露天矿边坡变形机制与滑坡防治技术

为解决井采扰动下露天矿边坡稳定性问题,采用理论研究与现场相结合的方法,对露井联采条件下边坡变形机制进行了探讨;结合安家岭露天矿北帮与2#井工矿生产实际,在监测监控的前提下,通过优化露井时空关系等方式对其进行治理,保证了安家岭矿在露井联采条件下安全高效生产。     

露天矿背斜区内排土场边坡基底处理方式优选研究

露天矿内排土场边坡的稳定是露天矿顺利生产的重要保障,而排土场基底的岩层赋存条件是影响排土场边坡稳定性的重要因素。安家岭露天矿开采进入背斜影响区,现有内排空间无法满足排土需求,需要在背斜区进行排土。为解决露天矿背斜倾角较大区域倾斜基底排土场稳定性问题,以安家岭露天矿内排土场为研究对象,提出了针对背斜区倾斜基底进行处理的3个方案:基底麻面爆破处理,跟踪排弃台阶坡脚处拉抗滑沟处理以及背斜区倾角12°位置留设抗滑煤柱;使用Geo-studio软件Morgenstern-Price法研究在不同基底处理方式下进行背斜区单台阶跟踪排土,排土台阶的滑移模式以及稳定性变化情况。通过计算各个方案的经济成本,跟踪排土台阶稳定性系数以及背斜区域的单位排土量,构建了成本、稳定性系数、排土量3个评价指标,采用基于熵权TOPSIS法对所选指标进行加权,并根据方案与理想解的贴近度大小确定基底处理的最佳方案。研究结果表明:背斜区单排土台阶滑移模式为以排弃台阶坡顶至排弃物料内部的圆弧滑面为侧滑面,以沿着基底平面为底部滑面的切层-顺层滑动;相同排弃参数的排弃台阶,在基底坡度从陡变缓的过渡区域,排土台阶的基底平面接近于圆弧面,且单台阶排弃量增加,台阶稳定性发生突变,安全系数较上部台阶显著降低;通过基于熵权TOPSIS法对3个方案进行优选,确定麻面爆破方案为基底处理的最优方案。     

弓长岭露天矿含断层边坡稳定性研究

弓长岭露天矿独木采区北帮存在大量断层,为确定断层的影响范围及其对边坡稳定性和滑移模式的影响,根据断层位置的不同分为6种工况进行研究：断层在初始位置,断层向边坡内侧水平移动30、60、90、120 m,没有断层。利用FLAC和Geo-Slope软件对6种工况进行模拟计算,通过对比各工况模型的最大剪应变云图、水平位移云图、垂直条分图和边坡安全系数来分析断层位置对边坡稳定性的影响。结果表明：断层距坡面小于100 m时,边坡的滑移模式为以断层为侧边界的平面-剪切圆弧滑动模式,边坡稳定性较差;当断层距坡面大于130 m时,边坡的滑移模式不再受断层的影响,潜在滑移面是单一的剪切圆弧,边坡稳定性较好。研究结果对矿山制定开采方案、进行边坡设计很有借鉴意义。     

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°。     

露天煤矿边坡稳定性数值模拟分析

露天煤矿顺倾层状边坡稳定性差,在开采企业领域属于需要解决的技术难题。以乌海市露天煤矿为例,对露天煤矿的顺倾层状边坡进行优化设计分析,并对选取的工程模型边坡稳定性进行分析,确保选取的模型及数据更接近于实际。以煤矿顺倾层边坡的稳定性在断层倾角及走向交角为例,对断层倾角及走向交角进行分析,探究断层倾角及走向交角对于边坡的稳定性的影响。通过对断层倾角的8种工况模型和走向交角的7种工况模型进行数据分析,得出其倾角变化对边坡稳定系数的影响,进而提出相应的防护措施。     

端帮边坡稳定性与内排压脚追踪距离变化规律研究北大核心

以河曲露天矿为工程背景,分析了不同追踪距离下端帮边坡位移云图、最大剪切应变增量云图,以及内排压脚不同追踪距离下端帮边坡稳定性变化。研究结果表明:不同内排压脚追踪距离下,端帮边坡形成了不同面积的危险区域以及沉降区域;随着内排压脚追踪距离的不断减小,端帮边坡危险区域及沉降区域逐渐向工作帮迁移,靠近端帮边坡内排土场及坑底形成底鼓区域,端帮边坡滑移形态近似呈"凸"字形;内排追踪距离与端帮边坡稳定性系数之间服从Boltzmann函数关系式,当追踪距离由150 m减小到100 m时,端帮边坡稳定性系数发生了断崖式变化;合理的内排压脚追踪距离不仅能够提高端帮边坡的稳定性,同时也能够提高矿山的经济效益,采用内排压脚措施来提高端帮边坡稳定性,也不失为一种既合适又经济的方法。