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。     

急倾斜矿体露天转地下开采边坡滑移机制

露天转地下开采后,涉及露天与井工开采相互扰动问题,影响因素更加复杂,边坡滑坡风险剧增,掌握露天转地下开采边坡滑移机制对矿山深部资源的开发具有重要意义。本文以北京云冶矿山露天转地下开采为工程背景,通过数值模拟分析方法,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的特点。在此基础上,进一步分析了地下开采引起边坡岩体的变形机制。研究结果表明:当开采深度达到240m时,复合边坡的坡角达到最大,边坡处于危险状态之中;区划出的不同开采位置诱发的危险变形区域和实际情况较为吻合。     

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。     

露天转地下开采不同坡高影响下覆岩采动 响应特征研究

以云南滇池周边典型的缓倾斜含软弱夹层中厚磷矿床露天转房柱法地下开采为研究背景,通过现场 勘查取样和室内岩石力学试验,基于 AutoCAD、ANSYS 和 FLAC3D等软件进行耦合建模,对倾角为 45°时边坡高度为 50 m 和 80 m 的上覆岩层位移与应力响应特征进行动态模拟和对比分析。研究结果表明：在露天终了边坡为 50 m 时,地下开采对覆岩影响相较 80 m 坡高小,此时围岩相对稳定,塑性区面积较小,整个岩体处于相对稳定状态。露 天终了边坡为 80 m 时,开采对覆岩的扰动较大,回采完毕后矿柱处于临界破坏状态,塑性区较 50 m 坡高进一步发 育并延伸至坡面,不利于矿山的安全稳定。研究成果确定了该矿山露天终了边坡的合理高度范围,对矿山的安全、 经济生产具有重要的理论指导意义。     

L工作面露天转地下开采边坡及围岩的移动变形机理分析

以某煤矿L工作面露天转地下开采为例,应用FLAC3D软件进行数值模拟,结合矿区地质条件和数值模拟结果,对露天边坡和地下开采上覆岩体的应力场及位移场进行了详细分析,归纳出了L工作面煤矿在露天转入地下开采时围岩的力学环境变化特点和移动变形规律。在从里向外的地下开采过程中,工作面前后煤壁及周围岩体更易发生应力集中,边坡和采空区上覆岩体的移动矢量指向采空区,使边坡角减小,坡高降低,有利于边坡稳定。     

露天转地下开采边坡失稳动力冲击灾害演化机理

以杏山铁矿为例, 通过相似实验研究了地下矿体开采过程中边坡岩体的破坏形态, 揭示了露天转地下开采边坡失稳导致的动力冲击灾害发生机理, 即随着矿体的向下开采, 边坡岩体会循环进入能量积蓄和突然释放的过程, 导致坡体内部损伤微裂隙的迅速扩展贯通, 使大范围的坡体滑移冲向地下采场上部覆盖层, 对地下生产活动造成循环动力冲击灾害。     

FLAC3D数值模拟露天转地下边坡及采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床为研究对象,基于Auto CAD-ANSYS-FLAC^3D等软件进行耦合建模,分别建立200 m和300 m不同开采深度的单一地下开采模型和在露天终了边坡为45°倾角时露天转地下开采模型,并展开了数值模拟试验。研究表明:当边坡高度为200 m时,整个露天转地下开采过程中边坡岩体及采场覆岩整体稳定;边坡高度为300 m时,边坡侧塑性区出现贯通,边坡岩体将发生弯曲下沉破坏。综合经济和安全性考虑,建议控制露天边坡高度在200 m以内。相关研究结果可对磷矿山地下开采工程提供一定的技术参考价值。     

露天转地下挂帮矿开采边坡稳定性及失稳模式研究

为研究露天转地下挂帮矿的开采工作面倾角的布置方式对工作面上覆岩体应力与边坡失稳破坏模式的影响,以海南矿业公司露天边坡挂帮矿井采为例,采用理论计算和数值模拟相结合的方法对其进行了分析。结果表明:露天边坡下开采时工作面倾角的布置对边坡稳定性影响显著;工作面倾角由30°到-30°逐渐减小的过程中,工作面上覆岩体及露天边坡台阶变形量越大,边坡内上覆岩体内剪切应力集中程度和最大主应力集中程度越来越高,边坡失稳破坏的趋势增强;边坡围岩上部压力拱成拱机制较弱,开采工作面右端位移临界区域岩体的抗剪强度对边坡整体稳定性起到关键作用;露天边坡下开采边坡岩体不同区域可能发生的失稳破坏模式主要为张拉破坏—垮落破坏—剪切滑移破坏—剪切错动破坏—挤压鼓胀破坏。     

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。     

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。     

露天转地下开采边坡滑动面标定的新思路

结合露天转地下开采边坡的工程特点、现有的高陡岩质边坡的微震监测结果及滑坡实例的分析,指出:对露天转地下开采边坡稳定性的研究,如果只进行单一的数值计算分析,其模型及参数的可靠性和适用性缺乏实际物理反馈信息的验证;如果只进行单一的损伤定位的微震监测,则对于损伤形成机理分析缺乏理论依据且无法给出边坡的实时安全系数。认为建立以微震物理信息为基础、以微震源能量-岩体损伤表征关系为纽带、微震监测-数值分析相结合的滑动面时空基准标定方法,是开展露天转地下开采边坡稳定性研究的可尝试新思路。     

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。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

露天转地下开采引起露天采场边坡垮塌数值模拟研究

以某金属矿山露天转地下开采引起露天采场边坡垮塌为研究背景, 采用三维数值模拟研究方法展现了矿体开采过程中围岩塑性区发展过程, 并分析了围岩塑性区分布的变化规律。结果表明: ① 空区上部岩层主要以拉伸破坏模式为主, 其他部位岩层主要以剪切破坏为主, 西部边坡坡面的一侧已经与地下采空区塑性区相互贯通。② 东部矿体采用充填法开采, 一定程度上控制了地表塌陷;产生塑性区的部位为西部边坡和靠近西部边坡的露天采场底部。③ 开采前期西部矿体在西部边坡坡面和露天采场底部产生的塑性区较多;开采后续水平矿体对地表塑性区的产生影响不大。④ 模拟矿体开采过程, 可将产生的塑性区划分为3个阶段, 有2个突变点: 第1个阶段对应西部边坡开始出现裂缝、局部垮塌滑坡;第2阶段对应边坡出现较大范围垮塌滑坡、露天采场底部出现裂缝、西部边坡脚出现塌陷孔洞;第3阶段塑性区占比逐渐增加。研究成果可为矿山滑坡治理和矿山安全生产提供参考。     

隔离层厚度对露天最终边帮破坏形式及稳定性影响研究

以霍各庄铁矿露天转地下首阶段开采为工程背景,选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,运用有限元局部强度折减法计算不同隔离层厚度下地下首阶段开采时露天最终边帮破坏形式及安全系数。分析表明,霍各庄铁矿地下首阶段开采时,隔离层厚度低于19 m时会造成露天最终边帮失稳,隔离层厚度在19~28 m范围内时,顶帮塑性变形区由坡脚先向首阶段采空区上盘侧壁发展,再向坡顶扩展贯通,隔离层厚度在28~50 m范围时,顶帮塑性变形区直接由坡脚贯通至坡顶; 顶帮安全系数随隔离层厚度增大而增大,但增长速率逐渐减小,隔离层厚度超过45 m时,顶帮安全系数变化不再显著; 底帮塑性变形区由坡脚贯通至坡顶,且安全系数无变化,底帮破坏形式和稳定性受隔离层厚度影响较小; 霍各庄铁矿考虑边帮稳定性时隔离层厚度应不低于25 m。研究结果可为霍各庄铁矿及类似露天转地下开采矿山合理隔离层厚度的选择提供指导。     

霍各庄南矿段地下开采中露天境界顶底帮稳定性分析

针对霍各庄矿区南矿段从露天开采转入地下开采时已有露天边帮的稳定性问题, 选取霍各庄矿区南矿段典型勘探线剖面处露天境界最终边帮建立了模型, 运用有限元强度折减法找到了已有露天边帮的潜在滑移面, 采用边坡稳定矢量分析法对该露天境界顶、底帮在各个工况下的稳定性状态进行了分析。分析表明:边坡稳定矢量分析法可同时求解露天境界顶、底帮在潜在滑移面方向的安全系数; 该矿段露天边帮在露天开采结束时状态稳定; 露天境界顶帮的安全系数随地下开采向下延伸不断变小, 并在地下开采首中段时产生失稳破坏; 整个地下开采过程中, 露天境界底帮的安全系数受采动影响较小, 边帮一直处于稳定状态。     

备战铁矿露天矿及与挂帮矿同时开采稳定性研究

备战铁矿是正在由露天转井下生产的大型铁矿,挂帮矿采用分段空场法回采,地下矿体拟采用无底柱分段崩落法回采。挂帮矿必须与露天矿同时开采,才能在地下开拓工程建成前完成回采任务并形成覆盖层。挂帮矿采用分段空场法回采,地表不可避免会产生连续移动和变形,进而影响露天边坡的稳定性。挂帮矿和露天矿同时生产的安全成为备战铁矿亟需解决的迫切问题。利用FLAC三维建模软件建立过渡期备战铁矿露天边坡与挂帮矿同时开采的的分析模拟平台模型,选择合理的采场尺寸并模拟挂帮矿开采对露天边坡安全稳定性的影响。经模拟结果表明分析,得出挂帮矿开采对露天边坡不会造成严重的露天边坡大面积拉伸破坏,在进行挂帮矿开采时露天边坡基本稳定。     

铁古坑采区地下开采对露天最终边帮稳定性影响分析

舞阳铁矿铁古坑采区由露天开采转入地下开采,地下开采的不同阶段会对已有露天最终边帮的稳定性产生不同影响,若无法有效判断露天最终边帮的失稳工况,将对地下开采的安全生产造成威胁。选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,按开采顺序分露天开采结束、-160 m阶段、-220 m阶段、-280 m阶段、-340 m阶段、 -400 m阶段开采完成共6个工况,运用有限元局部强度折减法计算露天最终边帮顶、底帮的安全系数,分析地下开采对露天最终边帮稳定性的影响。结果表明：有限元局部强度折减法可以通过1个数值模型分别计算出顶、底帮的安全系数;随着地下开采深度的增加,露天最终边帮顶帮安全系数逐渐降低,在地下开采至-220 m阶段时顶帮处于极限稳定状态,开采至-280 m阶段及以下阶段时顶帮发生破坏;地下开采对露天最终边帮底帮安全系数影响较小,整个开采过程中底帮一直处于稳定状态。     

挂帮矿开采低段高无底柱留矿嗣后充填采矿法

残留在露天矿最终边帮上的挂帮矿赋存条件较为特殊,采用传统的地下开采方法开采挂帮矿时,露天矿最终边帮与地下采场的稳定性差、生产效率低。因此,提出低段高无底柱留矿嗣后充填采矿法用于开采位于露天矿最终边帮上的挂帮矿,该方法采用低段高回采,减小围岩的暴露面积;不留底柱,采用中深孔爆破落矿,铲运机出矿,生产效率高;将矿石暂时留在采场,回采后立即充填采空区能有效限制采空区围岩的变形;预留斜顶柱,能够有效提高采空区充填效果。将该方法用于开采大冶铁矿东露天尖ⅠN挂帮矿的开采,实践结果表明：在预留采场与边坡之间的保护矿柱的情况下,该采矿方法能有效保证挂帮矿开采过程中露天矿最终边帮的稳定和采场生产安全,高效地回收残留在露天矿最终边坡上的挂帮矿。