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°。     

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。     

我国露天开采及其存在的主要工程地质问题

由于露天开采的发展,边坡的变形破坏日益增加。本文根据我国露天开采的实践,概叙了目前我国露天开采的现状,总结了露天开采工业的特点,主要是各类露天矿开采的发展极不平衡;露天矿的规模及开采深度较小及边坡的变形破坏愈来愈多。边坡的变形破坏,其基本原因在于受露天矿的各种工程地质因素的影响。露天矿的主要工程地质问题包括:矿区的地应力状态,特别是区域性地质构造应力场对露天边坡的稳定性具总体的控制作用;复杂的或比较复杂的岩体结构及岩层组合的介质结构特性,受地下开采影响的移动岩体上的露天开采问题及溶蚀岩体中的露天开采问题;以及显著影响露天坑边坡稳定性的地下水问题等。同时分析了由露天开采而引起的各种环境工程地质问题。这些对露天开采及露天矿边坡的稳定性评价具有一定的参考价值及实际意义。     

我国露天矿边坡加固概况

一、露天矿边坡加固的意义一般露天矿开采初期,很少出现边坡滑坡,边坡加固也就不足引起矿山工作者的重视。然而,从露天矿开始形成边坡之后,由于改变了边坡岩体的原来平衡条件,就已经存在着边坡变形、破坏和滑坡的潜在因素,并开始了变形破坏的渐变过程。随着边坡不断扩大和延深,使露天矿边坡在某一区段的边坡岩体可能出现边坡变形的突变。这种边坡变形的突变规模,从小到大、从局部到某一区段,以至遍及几个台阶边     

含火烧煤层露天矿边坡变形破裂过程FEPG模拟研究

露天矿开采过程中边坡变形破裂过程一直是岩土工程领域研究的难点,尤其考虑含火烧煤层露天矿开采过程中的边坡稳定使得研究问题更加复杂。采用FEPG数值模拟的研究方法,对露天矿某边坡KT3剖面进行了破裂过程分析,得到了含火烧煤层露天矿边坡变形破裂规律,研究结果表明,边坡火烧砂岩的顶部首先出现拉张裂缝,边坡以压剪破坏为主,压剪破坏又促使拉张破坏,二者相互影响,最终导致边坡发生失稳破坏。     

采动滑坡变形机理分析

地下煤层的开采会形成大范围的采空区,继而破坏上覆岩层结构,诱发山体滑坡。以山西某采动滑坡为例,采用有限元法,针对边坡在地下煤层采空的情况,对其进行建模分析其位移场的变化,同时探讨出采动滑坡的变形过程。     

某露天矿边坡变形区治理及开采方案研究

为确保露天矿变形区安全高效开采煤矿资源,以国内某一露天矿为依据对边坡变形区进行治理及开采方案研究。通过地质资料、现场地质调查及工程地质勘察等方法研究变形区地质条件,对变形区煤、岩体进行物理力学实验并综合分析得到物理力学指标,建立工程地质模型,采用数值模拟方法研究边坡变形破坏机理,根据边坡稳定性计算结果制定边坡治理及开采方案。结果表明：(1)边坡变形区变形集中在上部,以沉降变形为主,下部受上部重力载荷影响存在应力集中,边坡变形破坏模式为“圆弧式”变形破坏;(2)边坡变形区采用先治理后开采的技术方案,使变形区边坡达到稳定,满足开采要求。先治理后开采是在普通工况下确保边坡变形区安全高效开采的最佳方案,对于工况相近边坡治理及资源开采具有一定指导意义。     

露天矿层状岩层边坡的大规模变形

在水平或缓倾斜层状沉积岩矿床中随着露天矿开采深度的加大,出现了非典型的边坡变形。其非典型性在于实际的应力状态和岩体破碎机理与露天矿设计阶段预测评价的不相一致。根据通常分类,露天矿边坡大规模变形或是滑坡,或是崩塌。大多数情况下的滑坡是在剪切应力作用下发生在软弱的粘土或砂质粘土质岩石中。疏松岩石边坡的变形特征是塑性变形。当边坡上部拉伸应力占优势时在坚硬与中硬岩石中沿急陡滑移面发生崩塌,岩体为脆性破坏。     

南芬露天铁矿高陡边坡破坏模式研究

以南芬露天铁矿下帮高陡边坡为例进行理论研究,基于对该露天铁矿边坡工程地质的认识,深入研究边坡岩体的变形和破坏情况,分区对其节理进行调查统计,确定出优势节理,并根据边坡优势节理的分布组合关系,判定出该露天矿采场边坡的变形破坏模式,分析出其稳定状况和预见发展的变化趋势。分清岩体高边坡的破坏模式,有利于掌握它的滑动方向、规模大小、滑坡形态和滑坡机理;再对所研究边坡有针对性地采取可靠有效的加固、防护及监测措施,对保证露天矿高陡边坡的稳定性以及露天矿山可持续发展具有重要的社会及经济意义。     

顺层急倾斜边坡破坏机理

基于顺层急倾斜边坡破坏模式的理论分析,运用有限元数值模拟的研究方法,对别斯库都克露天矿顺层急倾斜边坡变形、破坏及致灾机理、稳定性进行分析,得到露天矿开采过程中边坡岩体应力状态和边坡变形运动趋势。     

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。     

含软弱夹层水平层状岩体边坡失稳机理研究

受北帮陷落柱无煤区及南帮附近白辛窑向斜以及矿区地质条件影响,安家岭露天矿边坡不稳定因素始终存在,特殊的边坡岩层组合结构是滑坡形成的内在条件,露天开采剥离形成的高陡边坡是滑坡的外在原因。通过对已发生破坏边破的岩层组合结构的比较分析后发现,当水平层状岩体中有软弱夹层分布时,其变形破坏程度较为严重。因此,依据软弱夹层与围岩的典型组合情况,结合室内三轴试验结果,建立了含软弱夹层围岩的力学模型,探讨了含软弱夹层围岩变形破坏的形成演化过程,揭示了软弱夹层引起围岩变形失稳的机理。     

边坡在二次卸荷过程中的应力变化规律研究

露天矿边坡驻留矿体开采使边坡产生了第二次卸荷作用。通过数值模拟计算,研究了驻留矿体开采边坡岩体的应力变化机理,分析了边坡稳定性情况。研究表明,驻留矿体的开采不会影响边坡的整体稳定性,但由于露天开采的第一次卸荷作用的影响,导致地下采场上覆岩层的成拱机制减弱,采场围岩中存在着较大拉应力,采场稳定性差。     

井工开采对其上方边坡岩体稳定性影响的模拟试验研究

本文采用相似材料模拟实验和底摩擦实验两种方法,对露天矿边坡下方井工开采对其上边坡岩体的影响进行了试验研究,剖析了井下采动过程中,边坡岩体的移动规律和变形破坏机制。     

黑岱沟露天矿边坡稳定性相似模拟分析

运用相似模拟实验对黑岱沟露天矿边坡变形失稳规律进行研究,揭示出在露天开采过程中层状岩质边坡的破坏状况。研究结果表明:随着露天采掘的进行,边坡岩体最先发生变形破坏的是位于边坡最上部台阶,主要变形方式是向边坡坡面方向的微小移动,边坡不会发生滑移现象;继续增加开采时步,边坡中部台阶受来自下方岩体的挤压影响,上部开挖过后的台阶逐步发生向上抬起状况,与实际工程基本相似,不会发生滑移;在露天开采持续进行下,位移量在数值变化上垂直方向一直大于水平方向。由此可以看出边坡台阶受开采扰动影响,台阶发生扭转变形,随着开挖结束时底部台阶逐步发生鼓出现象。     

基于RFPA的露井联采下边坡破坏机理分析

为了研究露井联合开采条件下的岩层活动规律,对边坡破坏机理进行深入分析,根据某矿露井联合开采的技术条件和岩土体力学性质等参数建立数值计算模型,运用真实破裂过程分析软件(RFPA)对边坡岩体随工作面推进时的变形、破坏情况进行了数值模拟。通过对不同平盘位移量的分析,验证了水平煤层露井联采条件下边坡岩体破坏规律存在3个破坏分区。根据分区情况对边坡岩体的破坏特征进行分析,进而对整个边坡的稳定性进行评价。     

井工露天同期采动下边坡岩体变形机制的模拟试验研究

在井工露天同期开采条件下，且露天边坡位于井工采动影响范围内，边坡岩体的变形与破坏，受两种开采的共同影响，因而岩体的变形与破坏机制不同于单一露天开采条件下的边坡变形。笔者就此问题进行了底面模型摩擦试验研究，为矿山边坡变形分析和采矿设计提供理论基础和科学依据。     

冶金矿山的地质力学问题

露天和地下矿开采深度快速增加、开采矿床地质条件复杂化、矿山开采规模增大、由于开采和大范围岩石移动引起岩体失去平衡以及矿山发展的其他特点,不仅为局部事故而且为人为灾难事故的发生形成了先决条件。其中特别危险的是:露天矿边坡和剥离废石堆的滑坡和突然塌落;地下开采影响带内岩体和地表移动与变形,同时破坏构筑物和自然对象;发生构造型岩爆,根据岩爆的参数和破坏后果,近似于地震。     

露井联采关键层对边坡岩体的水平应力影响研究

以平朔地区某露天矿为研究对象,应用离散元软件UDEC分别考虑有关键层和无关键层2种情况建立采动边坡岩体力学模型,深入研究露井协采条件下关键层对边坡岩体应力分布的影响。通过对边坡岩体内部水平应力的监测、分析表明:随着井工开采煤层推进,覆岩关键层发生应力集中,开切眼侧水平应力集中导致上部岩体向边坡临空面侧移动,并与露天开采的采动效应相耦合,继而影响边坡稳定。     

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。