露天矿含断层边坡地下水渗透特性研究

针对地下水影响下的含断层边坡采动渗透特性问题,本文以伊敏露天矿三采区为工程背景,采用相似模型试验与数值模拟相结合的方法,研究边坡采动前后地下水渗流的特性规律及边坡水位下降过程中渗流场的变化特征.基于相似模型研究露天开采过程中的地下水位渗流动态变化过程、地下水通过断层后水位跌落规律、坡面出水位置及渗流水力坡降特征;通过数...     

烧变岩边坡渗流特征及采动稳定分析研究

对富水烧变岩露天煤矿边坡渗透特征及稳定性分析方法展开研究,通过现场水文勘查分析,确定边坡地下水渗流水力坡降的坡降角为5.0°～12.8°。建立边坡渗流模型,对边坡地下水渗流场进行模拟分析,考虑地下水动水压力对边坡稳定性的影响,采用应力场与渗流场耦合分析的方法,研究了边坡的稳定性。研究结果表明,渗透力主要作用在25号煤层以上泥岩层中,边坡在烧变岩体及边坡坡脚变形明显;采动影响下,边坡稳定性呈加速下降趋势。动水压力随采深近似呈线性增加,火烧区地下水向原岩区渗透量随采深增加增速逐渐下降,采深增加对边坡稳定性影响呈增加趋势。     

水-岩耦合作用下边坡岩体渗流二维数值模拟

为了研究岩体渗流及水-岩耦合作用对边坡稳定性的影响,首先基于岩体特征建立等效连续介质模型,然后采用有限元法求解该模型,并利用SEEP/W软件模拟正常水位、暴雨入渗和排水疏干时采区地下水渗流。结果表明：等效连续介质模型可靠性高,地下水二维渗流存在各向异性,且裂隙轴向的水力坡降明显大于裂隙径向;3种工况水力坡降明显区域均为边坡表层、不同岩层交界处及混合Ⅰ岩内;暴雨入渗时水-岩耦合作用导致岩层拉应力增大、孔裂隙扩展,剪切滑移为边坡失稳主要诱发机制,而排水疏干有利于提高边坡稳定性。     

渗流作用下含断层边坡稳定性模拟分析

为了研究含断层边坡在渗流作用下稳定性问题,以伊敏露天矿三采区端帮边坡为研究对象,建立相似材料模型并结合数值模拟,对渗流作用下含断层边坡稳定性进行模拟研究。研究结果表明:断层在坡体中的相对位置对边坡稳定性影响变化显著。断层位于坡体中部时,边坡变形及其剪应力较大,此时断层对边坡稳定性影响最大。随开挖推进坡体逐渐前移,断层附近变形及应力值逐渐减小,断层对边坡影响逐渐减小。开挖不同阶段边坡稳定性主要影响因素不同。开挖前期影响边坡稳定性的主要因素为断层,后期逐渐转化为渗流作用。边坡第五次开挖后在断层和渗流的耦合作用下沿弱面滑移失稳。     

地下水对伊敏露天矿内排土场边坡稳定的影响

伊敏露天煤矿内排土场在排弃过程中出现多个出水点,为保证露天矿的安全生产,需查明边坡内部地下水渗流路径,分析地下水对内排土场边坡稳定性的影响。通过水文地质条件分析、地下水对岩土体产生物理作用的理论分析、水对土体强度参数影响的试验研究等,得出含水率的增加对排土场基底泥岩和排弃物料的强度有明显弱化;对排土场现状及设计状态2种状态下地下水渗流规律进行了数值模拟研究,得出地下水对边坡稳定性的影响规律,并根据渗流分析结果提出内排土场的边坡地下水超前疏干、集中抽排和压实封堵的综合防治措施。     

巨厚富水烧变岩露天边坡隔水煤(岩)柱构造技术研究

新疆大南湖矿区烧变岩厚度大,富水性强,隔水煤(岩)柱留设与边坡稳定控制问题是露天煤矿开采的关键之一,以新疆大南湖二矿为背景研究地下水与爆破振动耦合作用下烧变岩边坡隔水煤(岩)柱构造技术。通过现场爆破试验和数值模拟分析,揭示了边坡岩体应力和安全系数变化规律,确定了爆破振动影响范围|建立了多岩层隔水煤(岩)柱模型,提出了烧变岩露天矿隔水煤(岩)柱留设方法|基于边坡稳定分析给出烧变岩边坡参数设计方案,采用极限平衡方法对边坡参数进行了优化。结果表明：大南湖二矿隔水煤(岩)柱尺寸为火烧区边界+400m水平留设50m,考虑水力坡降优化后的边坡角为24°,相较原设计提高了2°,地下水与爆破振动耦合作用下烧变岩露天边坡隔水煤(岩)柱构造技术解决了边坡稳定控制及坡面涌水问题,对内蒙古西部及新疆地区烧变岩煤矿的安全开采具有一定参考。     

东明露天矿含软弱层端帮边坡稳定性控制方案优化

针对断层、降水及弱层等因素诱发露天矿端帮边坡变形失稳的问题,以呼伦贝尔东明露天矿北帮边坡为工程实践背景,采用数值模拟理论和极限平衡分析相结合的方法研究存在于北帮的弱层对边坡岩土体变形位移规律的影响,同时结合极限平衡分析方法对北帮边坡稳定性的控制提出了2种方案,即削坡减载和削坡减载+压脚;通过分析研究,并基于Geo-slope的计算结果和工程地质条件,最终采取削坡减载+压脚方案,为实际开采过程的安全高效生产提供了参考。     

充水软弱基底排土场稳定性分析及排弃参数优化

针对烧变岩含水层水体入渗排土场基底诱发露天矿排土边坡变形失稳的问题,以新疆某露天矿内排土场边坡为背景,采用数值模拟方法研究了烧变岩含水层水体在排土场边坡内部的渗流规律和边坡岩土体变形移动规律,基于极薄表土与薄表土层基底极限承载力估算方法确定了内排土场极限排弃高度,采用极限平衡分析方法对内排土场排土参数进行了优化。通过研究,确定了地下水入渗影响下充水软弱基底内排土场的排弃参数。     

基于数值法的某大坝渗流安全分析

碗窑水库为碾压混凝土重力坝,在超过20年的运行中出现了渗漏的情况,近年来渗漏现象尤为明显。为了解坝体安全情况,根据坝址区地勘资料与布置在坝体上的钻孔压水试验数据,通过参数反演,对坝体进行三维地下水数值模型建模,预测坝体平均水力坡降,分析坝体的渗流安全状况。结果表明:碗窑水库防渗面板防渗性能下降,坝体平均水力坡降在个别工况下超过了允许水力坡降,需要对防渗层进行加固以保障水库长期运行安全。     

岩体结构控制下的边坡变形破坏模式分析

结合某一水电工程,分析坝址区主要II级结构面的特征,指出断层F11和五庙坡断层带（F6、F7、F8）对边坡变形和稳定性起控制作用;通过地质分析概化出考虑主要结构面的三维数值分析模型,研究蓄水工况下边坡岩体的位移和剪应变增量分布特征;根据地质分析和数值模拟结果提出蓄水之后边坡特有的变形破坏模式,上盘岩体沿着断层F11剪切滑动从而挤压五庙坡断层带产生压缩变形。对边坡岩体的主控结构面断层F11和五庙坡断层带应进行必要的防渗和加固处理。     

Using a Fluid–Solid Coupled Numerical Simulation to Determine a Suitable Size for Barrier Pillars When Mining Shallow Coal Seams Beneath an Unconsolidated,Confined Aquifer

Barrier pillars are an effective and fundamental measure to prevent water inrush when mining shallow coal seams under an unconsolidated, confined aquifer. Based on the complex geological and hydrogeological conditions in the southern area of the Qidong coal mine, the no. 6₁ coal seam there was selected for a research demonstration. A fluid–solid coupled numerical simulation was carried out using the universal distinct element code. The hydraulic pressures and seepage rates in overlying strata were analyzed for two mining cases, near the aquifer and near the fault. The results showed that the degree of interconnection between the bed-separated and vertical fractures, and increases in hydraulic pressures and seepage rates in overlying strata were key factors in predicting potential water inrush when mining shallow coal seams under an unconsolidated, confined aquifer. Combining the numerical simulation results with China’s coal mining requirements, the no. 6₁ coal seam can be mined up to 90 m beneath the unconsolidated, confined aquifer, which limits mining to an altitude of ?509.36 m. The width of the barrier pillar should be 30.7 m near the fault.     

深埋煤层开采顶板基岩含水层渗流规律及保水技术

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归分析方法,研究洛河组地层不同深度砂岩渗透性变化;开展水化学测试,分析非均质洛河组含水层垂向水化学场特征;结合地面和井下水文地质探查,进一步定量化研究洛河组含水介质的非均质性。在查明洛河组含水地层非均质性的基础上,建立含水层下段受裂隙带波及条件下地下水渗流数值模型,研究基岩含水层局部受裂隙带影响条件下的渗流规律。根据渗流规律研究深埋煤层开采顶板基岩含水层保水开采技术,结合彬长矿区工作面开采实际揭露水位变化情况对其进行验证。研究表明,洛河组含水层渗透性随地层深度的增加而呈负指数降低,随着埋深增大含水层水化学类型由HCO_3-Ca型转化为SO_4-Na型,同时上段的单位涌水量约为下段的7倍,可知洛河组含水层上、下段地下水渗流条件不同,垂向非均质性较强。工作面开采裂隙带仅波及含水层下部时,含水层仅受波及层和相邻层的水位下降明显,上部未受到波及段水位降深有限,整个含水层不会出现水位统一下降的现象,而是呈现出不同层位水位降深差不同的差异性渗流规律。鉴于此,提出利用含水层非均质性特征,以控制含水层上段水位降深为核心,允许导高适当波及含水层下段的"控水开采"技术,有助于缓解深埋煤层采煤与保水的矛盾。通过彬长矿区胡家河煤矿现场应用表明,洛河组含水层实际渗流特征符合本次研究成果,控水开采技术可实现洛河组砂岩含水层保水开采的目的。     

水化学损伤作用下三山岛金矿渗流场特征分析

三山岛金矿在深部开采过程中面临大范围的围岩渗水和涌水问题,作为海底开采矿山,研究渗水规律和涌水特征对于保证开采安全极为重要。通过矿区多区域多中段的涌水量监测分析,揭示出矿坑涌水量的动态规律,并对矿区-510 m至-725 m水平15个代表性水样采集点的地下水化学成分进行分析。结果表明该矿区地下水主要为Cl-Na型水,矿化度化验呈现高矿化咸水特征,地下水对岩体的化学损伤会影响到深部开采的安全。进一步采用FLAC^3D对三山岛采区进行模拟开采,分析开采过程中渗流场的分布特征。结果显示矿区孔隙水压力变化范围主要集中在矿体开挖区域,渗流场的变化范围已经扩展到F₃断层,断层周围孔隙水压力、渗透压力变化梯度较大,形成高渗透压力,在开采过程中需要进行堵水和重点防护。     

深部承压水上含隐伏构造煤层底板渗流路径扩展规律

针对邯邢矿区矿井开采深度逐渐加深与采动影响下隐伏构造活化而导致底板奥灰层突水威胁日益加重的问题,研究大采深、高水压条件下含不同隐伏构造类型底板高承压水的始渗条件和渗流路径扩展规律,以确定矿井底板突水条件及重点治理区域。从开采扰动、隐伏构造、承压水共同作用角度分析,根据典型突水矿井地质条件及突水原因分析,建立了含隐伏导含水构造的概化力学模型,通过断裂力学理论得出了含水裂隙的起裂条件、抗渗透强度及由主应力表达的裂隙扩展判据,应用弹性力学边界荷载在半无限板内传播的经典求解方法推导得出了采动应力与承压水压力耦合作用下含隐伏构造煤层底板的垂直应力、水平应力和剪切应力表达式,在所得应力分量基础上通过应力张量的不变量求解应力状态方程得到含水裂隙扩展判据中的主应力表达式,以邯邢矿区典型突水矿区地质与开采参数为例进行算例分析,通过编制Matlab计算程序计算得出底板裂隙的扩展路径。进而采用可模拟岩石破裂声发射且裂隙扩展可视化效果较好的RFPA数值软件进行验证分析,再现了底板渗流路径演化过程。理论计算与数值分析结果表明:隐伏构造的局部应力扰动作用影响了渗流路径的扩展方向,使3种类型底板分别呈现出不同的渗流路径,对于完整型底板,渗流裂隙由奥灰承压水层顶界面至采空区两侧边界呈"正八字"形向采空区扩展;对于隐伏陷落柱型底板,渗流裂隙沿陷落柱顶界面呈"倒八字"形向上发散式扩,至底板28 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线分别指向采空区两侧边界展;而对于隐伏断层型底板,渗流裂隙则沿断层延线的反向扩展,至底板30 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线指向工作面后方,在底板含水裂隙自下而上与底板采动裂隙自上而下联合扩展作用下最终贯通形成底板奥灰水至采煤工作面的渗流通道。基于理论计算和数值模拟得出的底板承压水渗流路径扩展规律,在实际工程中可结合微震监测技术来实时动态捕捉煤层底板隐伏导含水构造活化的前兆信息,进而实现底板突水路径的预测预报和快速重点区域治理。     

特厚煤层开采顶板突水危险性预测及防治措施

在分析朱仙庄矿水文地质条件的基础上,采用经验公式、数值分析、相似模拟等方法,分析了8105特厚煤层工作面覆岩顶板的裂隙发育过程,考虑采动应力与渗流的耦合作用,研究了随工作面的推进上部含水层的渗流演变规律,进而对顶板突水危险性预测。结果表明:随工作面不断推进,8105回采工作面采空区裂隙发育高度为72m,与经验公式法的计算结果基本一致;通过数值模拟分析得到含水层受采动影响发生渗流现象,孔隙水未进入到回采工作面采空区;对相似模拟、数值模拟所得结果进行综合分析,裂隙最大发育高度与岩层孔隙水之间的距离为15m。为保证8105工作面的正常回采,本文提出了"预先打孔监测钻孔涌水量""留设合理防水煤柱""不良钻孔及时封堵"等防治措施,研究结果对类似工程条件下的煤层开采具有一定的借鉴意义。     

地下水和地震共同作用下的边坡稳定性分析

基于边坡的有限元模型,研究了地下水位变化对边坡地震动力响应和稳定性的影响规律。通过有限元仿真分析发现：地下水的存在使土层含水率增大,坡脚位置为地下水渗出位置,在渗透力和孔隙水压力的影响下,有效应力降低,导致边坡抗剪强度减小。随着水深的增加,地下水对边坡坡脚的剪应力和剪应变影响逐渐增大,且远场地震作用时在不同水深下边坡坡脚的剪应力-剪应变值滞回延伸较大,说明远场地震作用对边坡坡脚抗震能力的影响较大。无地下水时,通过拟静力法计算的安全系数值位于动力安全系数值的中部偏下,且动力安全系数的最小值比拟静力法的静力安全系数小;而随着地下水位的上升,拟静力法计算的安全系数值开始移向动力安全系数值的中部偏上。因此,地下水位较高时,按照拟静力法计算的边坡安全系数进行边坡的稳定性评估将具有一定的潜在风险性。     

某地浸铀矿山铀煤共采开发研究

内蒙古地区赋存大量的铀煤共生矿床,以某煤矿和铀矿床为典型,煤矿开采地下水位要求低于1060m,而铀矿开采需要地下水位在1340m以上。为解决这一矛盾,运用三维数值模拟技术,对矿区地下水进行了模拟,并首次运用水力帷幕,确定了水力帷幕的主要参数。运用数值模型对该方案进行了验证,证明运用水力帷幕可以保证水位维持在1340m。解决铀煤共采的难题,为内蒙古地区以及其他地区的铀煤共生矿床开发提供了解决方案。     

南泥湖露天矿区采场水力联系及矿坑涌水量预测

为了查明南泥湖露天矿区采场范围内水力联系及矿坑涌水量,分析了含水层类型及其富水性特征,地下水补给、径流、排泄条件,地下水的基本特征等,基于此,采用长期水文监测、示踪试验及水化学分析等方法,研究了大气降水、地表水、地下水及矿坑涌水之间的水力联系及相互转换关系;并分析了露采矿坑的涌水因素以及预测了露采矿坑涌水量,主要包括矿坑大气降水补给量、地表径流量和地下水补给量。研究为后期水文地质监测以及地质灾害防治提供了技术支持。     

某露天煤矿承压含水层降水数值模拟研究

在掌握降水区域水文地质条件和抽水试验成果的基础上,利用Modflow建立较合理的渗流数值模型,模拟了承压含水层水位下降过程,模拟结果与实际观测结果吻合良好,为实际降水提供了理论依据。