大峰露天矿边坡稳定性分析与治理措施研究

边坡失稳破坏是露天矿山开采重大灾害之一。以大峰露天矿为背景,对终了边坡的稳定性进行研究,根据层理的分布特征,将边坡的潜在破形态分为2类:非工作帮为例的顺层滑坡与端面为例的圆弧形滑坡。采用理论分析方法,分析了影响2类边坡稳定性的主要因素有台阶高度、台阶坡面角、平台宽度,通过数值模拟对边坡潜在的破坏形态进行了验证。同时,采用正交试验分析了3种影响因素的主次顺序,确定了最优终了边坡结构参数:非工作帮终了边坡为台阶高度10 m,台阶坡面角70°,台阶平盘宽度5 m;端帮边坡为台阶高度15 m,台阶坡面角70°,台阶平盘宽度3 m。大峰露天矿最终无边坡失稳现象发生,为此类边坡稳定性维护提供一定参考价值。     

基于结构面精细调查的露天边坡台阶破坏分析

露天矿边坡多以岩质边坡为主,其常见的破坏形式表现为边坡台阶的平面破坏或者楔体破坏。以内蒙古某金矿为研究对象,以岩体结构面的现场精细调查为基础,从定性和定量的角度研究了该露天矿边坡台阶的稳定性情况和破坏模式。根据研究结果,推荐各岩性边坡台阶参数：绿泥石英片岩的台阶坡面角为51°～53°,不应并段,台阶高度9 m;石英岩、流纹斑岩、绢云母石英片岩的台阶坡面角为65°～70°,可以并段,台阶高度9 m,并段后台阶高度18 m。     

铜山口铜矿露天采场边坡平面破坏研究

为了得到铜山口铜矿露天采场南边坡与西边坡的稳定性,采用RocPlane2.0分析软件对边坡台阶进行了平面破坏稳定性研究。研究结果表明:1)受力在I～Ⅵ条件下,边坡的安全系数依次降低;在张裂缝、爆破振动力与地震力影响因素的控制对比下,地震力对边坡稳定性的影响较大。2)南边坡与西边坡台阶高度为12m,坡面角≤75°时,6种受力情况边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏;台阶高度为24m,坡面角≤75°时,6种受力情况边坡的安全系数均大于许用安全系数,边坡台阶不会发生平面破坏。3)建议在台阶并段开采(24m)时,其台阶的坡面角为75°。研究结果可为矿山安全生产设计提供参考。     

某露天矿山台阶边坡结构参数优化分析

针对目前露天采场不同结构类型的台阶边坡结构参数设计相同的问题,通过应用反演分析,优化了强风化岩台阶边坡结构参数;通过3GSM不接触测量技术,进行基于统计法的不同岩体结构的台阶坡面角优化;通过限定边坡稳定性安全系数,应用平面破坏理论,进行了不同岩体结构的台阶边坡高度优化;通过应用楔形体稳定性进行合理性验证,达到了安全及经济双重限定下台阶结构参数优化的目的,对类似矿山具有借鉴意义。     

基于边坡特征的矿山台阶边坡破坏类型及规模分析

台阶边坡破坏是矿山边坡破坏的最主要形式,台阶边坡的稳定性不仅受到结构面的分布和产状影响,而且边坡破坏规模还与台阶边坡的几何特征有很大的关系。通过分析岩质边坡的几何特征,总结出台阶宽度最大的边坡是决定边坡破坏规模的决定性因素,而最大宽度的坡脚则是最大的制约点,由制约点决定不同破坏规模的边界条件,并得到了不同台阶破坏规模的边界条件。与传统的台阶边坡定性分析相比,改进的方法不仅得到了台阶边坡的破坏形式,同时还得到了相应破坏的规模;便于抓住影响矿山台阶边坡的主要结构面或者结构面组合,根据可能的破坏规模来确定需要进一步分析计算的破坏形式,为评估边坡破坏的影响范围提供了定性的依据,并为稳定系数的计算提供了目标;提高了岩质边坡稳定性分析计算的效率,为矿山的安全生产提供指导和依据。     

基于多目标规划的抛掷爆破台阶参数优化

为了优化确定抛掷爆破台阶参数,采用回归分析等方法,构建了抛掷爆破台阶参数与采剥费用之间的关系模型,并从地质资源条件、设备线性尺寸、生产作业条件等方面提出了抛掷爆破台阶参数的约束条件,建立了抛掷爆破台阶参数多目标优化模型,提出了基于带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化模型求解方法。通过工程实例计算,得出以下结论:黑岱沟抛掷爆破台阶最优工作线长度为2 200 m,台阶高度为38 m,采掘带宽度为84 m,台阶坡面角为65°。在不考虑其他因素的影响下,露天矿采剥总费用随着工作线长度的增大先减小后增大,随着台阶高度的增大而减小。采掘带宽度在60~90 m范围内变化时,采剥总费用随着采掘带宽度的增大先降低后增大。露天矿采剥总费用随着台阶坡面角的增大而降低,但台阶坡面角对台阶稳定性影响较大,而台阶高度对采剥总费用的影响较大,相同稳定系数的情况下,取较小的台阶坡面角、较大的台阶高度时采剥总费用较小。     

某露天矿山高陡岩质边坡稳定性的优化设计研究

采用岩石力学试验、FLAC3D强度折减法以及Slide极限平衡法对某露天矿山可能发生滑坡或坍塌的2个典型位置的终了边坡进行了稳定性分析,分析其在极端工况(自重+暴雨+地震)下的稳定性。研究结果显示,该露天矿山的台阶坡面角及终了边坡角设计不合理,1-1剖面和2-2剖面在极端工况下的安全系数仅为1.03和0.935,边坡容易产生滑坡或坍塌。为此,需对边坡进行优化设计。1-1剖面的台阶坡面角由75°调整为70°,2-2剖面采用削坡减载的方式拟定削坡角度为23°。数值模拟结果显示,边坡经过优化后,2个剖面的平均安全系数分别为1.15和1.14,边坡处于稳定状态。     

西藏某高陡露采边坡稳定性分析与优化

为探讨西藏某高陡露采边坡稳定性,利用数值模拟和极限平衡法对西藏某露天矿高陡边坡稳定性进行评价,并考虑暴雨荷载劣化因素,采用FLAC~(3D)边坡稳定性进行定性计算,并对露采边坡不同开采方案进行对比分析,选定最佳设计方案后,利用slide选择最终露采边坡角。结果表明:原设计方案安全平台15 m,清扫平台15 m,接渣平台20 m;岩质台阶坡面角75°,碎石土覆盖层坡面角75°虽能保持边坡整体稳定,但碎石土区边坡欠稳定,且剥采量较大;建议修改方案为安全平台6 m,清扫平台12 m,接渣平台30 m;岩质台阶坡面角70°,碎石土覆盖层坡面角40°,一期最终边坡角38°,能使碎石土区域边坡及整体边坡保持稳定,且能减少剥离量,在保证安全的情况下能实现效益的最大化;最终露采边坡角为38°,此时边坡稳定性可满足自然开挖和暴雨载荷下的边坡稳定性要求。     

岩性劣化对露天矿山边坡稳定性的响应规律

针对岩性条件劣化导致边坡稳定性下降的问题,以某露天矿山边坡为研究对象,运用SIR-20型地质雷达探测矿山滑坡体内部缺陷,并结合Slide软件模拟分析了不同岩性条件下边坡稳定性的变化规律。结果表明：软弱夹层、降雨入渗和爆破动荷载等内外因共同作用造成边坡岩性劣化,进而导致边坡后期出现滑移失稳;黏聚力c值降低是岩性劣化过程中的主要力学表现,安全系数与c值呈部分抛物线关系,且c值降为50 kPa是边坡特殊工况的失稳临界值。在综合分析矿山运行特征和岩性劣化条件基础上,提出通过减小上部第四系台阶坡面角和最终边坡角提高其永久稳定性的建议,安全系数经验证符合要求。研究结果可为矿山后期安全开采和边坡控制参数取值提供重要依据。     

下盘无台阶边坡开采工艺在新桥露天矿的应用

针对新桥矿床地质情况和开采技术条件,突破常规露天开采设计,在国内首次采用下盘无台阶边坡开采工艺,形成了176 m高的光帮边坡;并对光帮边坡稳定性开展了研究,采取了一系列防治措施,解决了高陡边坡稳定性难题。多年实践表明,下盘无台阶边坡开采工艺在新桥矿的应用是成功的,取得了良好经济效果,可为类似矿山开采提供借鉴。     

巴润矿24 m高台阶爆破技术

随着巴润矿山开采深度的增加,逐渐形成的临时边坡由于未达到开采境界,出现了2组或4组台阶并段叠置的现象。扩帮时下部台阶边坡陡直,台阶作业宽度狭窄,矿山大型牙轮钻机无法在该下部平台安全作业。为了加快扩帮进度,提高设备的有效作业时间,故提出了在2组并段台阶上实施24 m高台阶爆破技术。现场对高台阶爆区的岩性进行分析并划分出矿岩区域,针对不同岩性的爆区进行分穿分爆,并优化了爆破参数、孔内装药结构以及孔内微差时间。现场爆破试验表明,24 m高台阶爆破技术的应用,减少现场机械设备避炮时间40%,增加钻机设备纯作业率31%,减少爆破大块率12%,现场取得良好的应用效果,可大面积推广。     

爆破振动作用下台阶边坡的动力响应及稳定性分析

运用FLAC^3D软件建立了某含夹层的双台阶顺层边坡数值模型, 分析了爆破振动作用下边坡动力响应规律, 并根据爆破后的塑性区分布图、剪应变增量图、水平方向位移云图对边坡的破裂面进行了分析, 研究了关键点位移、最大拉应力、抗剪屈服函数对边坡稳定性的影响, 结果表明, 随着爆心距增大, 振动幅值衰减规律为近大远小, 坡面以及坡内局部存在高程放大效应; 夹层影响着边坡动力响应规律, 爆心距相近时, 夹层之下的振幅大于其上的振幅; 夹层影响着边坡的变形和破坏方式, 分析岩体内部各点的最大拉应力和抗剪屈服函数可知, 对每级台阶而言, 坡脚是最容易受拉和受剪破坏部位, 坡顶后缘容易受拉破坏; 边坡动力稳定性可以通过对剪出口附近监测点的水平位移时程曲线进行判断, 发散则失稳, 收敛则稳定。研究结果对矿山边坡的减震与防护有一定指导意义。     

陡帮开采组合阶段工作平台宽度的研究

为提高矿山开采的经济效益，研究了露天矿陡帮开采组合阶段工作平台宽与工作帮坡角之间的关系，以及工作平台度对赋采效益的影响，提出了工作叶宽度的确定方法     

露天胶带排土最大段高及排土机安全距离的确定

针对国内矿山排土场胶带排土机广泛使用的现状,为最大限度地发挥排土机的排岩能力,减少排土机轨道的移动次数,降低矿山生产成本,对胶带排土最大段高和胶带排土机距排土场坡顶线的安全距离进行研究分析。通过对基础资料研究及渗流稳定性分析、抗滑稳定性分析,并采用FLAC^3D对某露天矿排土机的安全距离进行了模拟研究,通过工况分析确定了设备载荷作用下排土场台阶边坡的潜在垮落形式,建立了该露天矿排土机排弃台阶的安全距离模型,数值模拟结果表明,排弃台阶高度为75 m时,排土机的安全距离不小于10 m。最后结合经验,综合确定排土机排土的最大台阶高度和排土的安全距离,对铁矿胶带排土生产具有指导意义。     

露天矿含断层与顺倾弱层群边坡形态分段优化研究

针对横采内排追踪压帮条件下露天矿含断层与顺倾弱层群边坡稳定性分析与形态设计难题,顾及露天矿层状边坡垂直方向上的地层岩性、工程发展过程中的服务时间、要求的稳定程度等方面的差别以及深部边坡稳定性的三维效应,以胜利东二号露天煤矿首采区南帮为工程背景,采用二维极限平衡法与三维数值模拟相结合,对露天矿含断层与顺倾弱层群边坡形态进行了分区段优化。研究表明,胜利东二号露天煤矿边坡稳定性主要受坡体内一系列顺倾弱层控制,断层可能作为滑体的边界,其潜在滑坡模式为以圆弧或断层为侧界面、以弱层为底界面的切层-顺层滑动或切层-顺层-鼓胀破坏|随着追踪距离的增大,边坡的破坏模式由浅部大范围破坏逐步过渡为深部破坏,是深部边坡稳定性下降的根本原因|分段优化后的边坡应划分为三个阶段,整体边坡角14°,横采工作帮与内排土场间的追踪距离应为50m。     

高台阶排土场滑坡机理研究及稳定性计算分析

当前中国矿山排土场大多采用高台阶排土方式,高台阶排土场的稳定性成为矿山建设中的关键问题。在高台阶排土场滑坡机理研究的基础上,结合某排土场高台阶排土现状,对排土场边坡稳定性进行分析,优化单台阶高度及平台宽度。计算结果能对优化下一步排土方案起到较好的指导作用。     

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。