露天矿露井协调开采边坡变形破坏机理研究

露天矿开采诱发滑坡是采矿工程中经常出现的重大工程地质问题之一,矿区滑坡集普遍性、危害性和特殊性于一体。某露天矿采用露天与井工协调开采,其露天开采边坡的变形机理与稳定性研究对开采方案设计和地质灾害防治具有重要意义。本文采用FLAC数值计算方法,研究了某露天矿边坡变形破坏机理,确定了该露天矿南帮在应用露井协调开采下边坡变形破坏机理。结果表明,当露天开采后进行地下开采时,地下开挖对边坡岩体变形破裂过程的影响表现为岩体失效变形和结构破损进程的加剧,其煤层覆岩的变形破坏规律随着煤层埋深的增加以及边坡保护煤柱的缩短而变化,因地下回采所造成的边坡岩体偏态沉降的变形移动范围将进一步偏向边坡临空面方向一侧。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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°。     

露井联采下边坡稳定性分析

随着近年来露天开采向地下开采的转移,在井采条件下边坡的稳定性受到越来越多的重视.本文从联采对露天边坡破坏特征分析的角度,论述了露井联合开采条件下的边坡岩体变形规律及特征,井工开采对边坡岩体强度及变形的影响,并对露井联采的变形破坏机制做了进一步的探讨.在探讨的基础上结合实例进行分析,并提出合理的安全措施.     

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。     

露天转地下开采边坡变形和应力特性研究

露天矿开采的中晚期阶段,当深部还有可采矿体时,要由露天转为地下开采,在地下矿体的开采过程中,露天边坡的变形破坏特征直接影响地下开采的安全。针对这一问题本文通过三维数值分析,详细分析了地下矿体开采过程中边坡岩体的变形和应力变化。获得以下主要结论:边坡不同标高处的竖向位移变化在-60、-90、-135和-165 m水平的开采过程中,上下盘边坡岩体的变形相对较小,在-210、-255 m水平开采的过程中边坡岩体竖向位移变化较大;地下矿体的开采主要影响上盘边坡岩体,其变形值和变形范围都较下盘岩体大;不同开采水平下,上盘边坡深部岩体随着开采水平的延深,最大主应力的集中程度逐渐增加,影响范围也在加大;而最小主应力在开采水平附近出现明显减小现象。     

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。     

露井联合开采条件下矿山边坡运动损害规律研究

露井联合开采时,采动效应会综合叠加,矿山边坡将受到数个应力场作用,复合采动影响下的边坡岩体的滑移机制与变形规律会更加复杂。以安太堡露天矿露井联合开采影响边坡为研究对象,利用数值模拟的方法研究了该露天矿东帮边坡在露井联合开采影响下不同开采进度时,边坡岩体的运动规律、地下开采上覆岩体的损害机制,从而系统地归纳出安太堡露天矿露井联合开采影响边坡可能发生的破坏模式,为采区安全生产提供了科学指导。     

杏山铁矿露天转地下开采边坡变形分析

根据结构面与边坡面间的组合关系及地下矿体开采影响程度的不同,将边坡岩体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个区域,并分析了各个分区边坡岩体的稳定性状态。运用FLAC 3D软件,模拟地下-15m水平开采对边坡应力场、位移场的影响,结果表明受地下开采扰动的影响,研究区域位移沉降明显,下部岩体位移方向指向采空区,易出现塌落破坏以充填地下采空区,上部岩体位移方向沿坡面指向采坑底,易出现牵引式滑动破坏。     

露井同期联采对边坡稳定性的影响规律研究

结合某露井联合开采工程实例,采用有限元软件建立三维模型并通过有限差分法计算边坡体的位移与应力,研究了多阶段露井联采对边坡稳定性的影响特点及其边坡位移应力分布状况,结果表明,联采过程中采空区两侧在上覆岩体连续下落时边坡中上部岩体一方面向井工区方向下沉,另一方面朝临空自由面方向位移,边坡下部岩体表现出"倾倒"的位移特征;随着井工开采不断推进,整个露天矿边坡都处于井采沉陷区,边坡岩土体强度在节理裂隙面逐渐发育张开的过程中逐步减弱,最终导致边坡破坏。     

复杂地应力井下开采岩体变形规律研究

复杂地应力作用下的千枚岩岩体变形规律复杂,工程岩体问题多。研究复杂地应力作用下岩体变形规律,为解决相关工程问题提供理论依据和技术支持。根据某矿区的应力分布及岩体力学参数,构建三维模型及数值分析模型,设计了6个模拟方案,分析各个监测点的X、Y、Z轴向位移、应力。显示大多数点的位移值都大于变形临界值,在550～600 m中段的综合位移最大,与该区域首先出现裂隙相吻合。掌握了该矿区的岩体变形规律,针对竖井井壁裂纹、地表露天边坡滑动等灾害,制定了长锚索加固、废石充填处理、削坡减载治理方案,指导矿山企业正常生产。     

露天边坡滑体冲击下围岩变形特性分析

露天转地下矿山边坡稳定性是一个当前广泛存在的问题,合理评估边坡失稳滑移对边坡底部围岩的影响及破坏效应对地下开采有重要的工程意义。以大冶铁矿露天开挖形成的边坡为工程背景,运用二维数值模拟软件UDEC,对滑体的滑移过程进行了数值模拟分析,从应力场、位移场入手,研究了边坡滑体失稳后其冲击力作用下边坡底部围岩应力应变规律。模拟结果表明：用离散元软件可有效模拟滑体失稳过程,滑体失稳后,其冲击作用影响范围主要集中在北帮边坡坡脚,而对采矿区和南帮边坡影响不大,采矿区和南帮边坡主要受滑体失稳后形成的堆积体的重力作用影响;竖直方向上,围岩受冲击影响程度随深度的增加而减弱;水平方向上,南帮边坡受滑体影响程度远小于采矿区和北帮边坡坡脚。