露天矿含斜交断层顺倾层状边坡稳定性三维数值模拟

为揭示露天矿含斜交断层顺倾层状边坡的变形破坏规律及其力学成因机制、明确断层对边坡变形与稳定性的影响,以元宝山露天煤矿东帮边坡为工程背景,应用有限差分软件FLAC3D,基于强度折减理论,对含斜交断层顺倾层状边坡稳定性进行了三维数值模拟。结果表明:元宝山露天矿东帮边坡的滑坡模式为以4#弱层为底界面、以断层面与椭球面相交形成的不规则曲面为侧界面的切层-顺层滑动;边坡整体稳定性较好,其滑坡的力学成因机制类型为推动式;多个顺倾弱层对边坡变形具有叠加效应,而斜交断层的切割会一定程度上削弱弱层对边坡变形的控制作用。     

露井联采逆倾边坡稳定性数值模拟

为最大限度回收资源,倾斜矿体开发时常采用露天与井工联合开采方式,形成露井联采逆倾边坡,由于受到双重采动效应影响,其变形破坏机理及稳定性问题变得极为复杂,是采矿工程领域研究的难题之一。以平庄西露天矿顶帮边坡为研究对象,同时考虑拉伸和剪切两种破坏判据,应用RFPA强度折减法对露井联采逆倾边坡岩移规律及稳定性进行了数值模拟。通过对比分析单一露天开采和露井联采条件下边坡岩体变形破坏规律、位移演化规律及应力分布特征的差异,揭示了地下开采对露天矿逆倾边坡岩移规律及稳定性的影响和原因。结果表明:单一露天开采时边坡发生滑移型破坏,而露井联采条件下边坡发生滑移-塌陷复合型破坏;受两种采动效应叠加的影响,地下采空区上方岩体以下沉为主,同时上山一侧岩体向露天采空区方向发生明显位移;受地下采动影响时,逆倾边坡稳定性下降,其根本原因是坡体内剪应力的大范围叠加升高,造成上部一定范围的岩体在边坡发生滑移前就遭到破坏,从而加剧了滑坡的发展。     

平庄西露天矿露井联采高陡长大 边坡稳定性监测研究

为掌握平庄西露天矿露井联采顶帮边坡的岩移规律与稳定性状态,揭示地下开采对边坡稳定性的影响,基于对典型滑坡位移-时间特征的 认识,提出用位移历时曲线与位移加速度历时曲线形态判断边坡稳定性状态,并详细对比分析了布置在井工开采边界以及边坡走向与倾向方向 上各监测线的地表位移监测数据。结果表明,平庄西露天矿顶帮现状边坡整体处于稳定状态,II区凸边坡为相对不稳定区域;边坡岩移规律及 稳定性主要受断层、弱层、边坡平面形态、地下开采及其引起的断层活化等因素综合控制;地下开采对边坡稳定性影响范围的边界大约在边坡 表面出露标高+572m。     

露天煤矿边坡相对稳定性判据研究与应用

针对软岩露天矿边坡滑坡数量多、规模大、难于防治的问题,以白音华1号露天矿东南帮顺倾软岩边坡为工程背景,基于极限平衡理论,确定边坡滑体几何形态,通过滑坡变形反分析获取弱层指标参数;采用FLAC3D数值模拟,揭示边坡岩土体应力-应变演化规律及破坏机制,提出边坡相对稳定性判据,进而确定合理的横采内排追踪距离与降深位置。结果表明:该矿东南帮边坡稳定性随留煤柱宽度的增加逐渐增大,随追踪距离的增加逐渐降低;当留煤柱宽度大于或等于180 m,追踪距离在50~300 m范围内时,东南帮可以安全降深;留煤柱宽度取180 m,追踪距离取50 m,可实现资源采出最大化。     

露天矿土-岩复合边坡形态优化设计

合理设计采场及排土场边坡角是优化露天开采境界、保证露天矿安全生产、提高露天矿经济效益的重要前提。针对土-岩复合边坡这一类复杂特殊的边坡,以宝日希勒露天煤矿二采区西帮边坡为工程背景,应用刚体极限平衡软件定量分析了二采区西帮采场边坡及内排土场边坡的潜在滑坡模式;优化设计了二采区西帮1-2煤底板以上内排边坡形态及1-2煤至3煤之间采场边坡形态;确定了二采区西帮采场与排土场之间的安全距离。采用有限差分数值模拟软件FLAC~(3D),基于强度折减理论,对土-岩复合边坡稳定性进行了数值模拟,揭示了二采区西帮土-岩复合边坡的变形破坏机理及其稳定性。结果表明:宝日希勒露天煤矿二采区西帮土-岩复合边坡滑移模式及稳定性主要受采场与排土场之间的安全距离和3煤顶底板弱层控制;边坡形态优化后1-2煤底板以上内排边坡角为12°,1-2煤至3煤之间采场边坡角为22°,采场与排土场之间的安全距离为120 m,土-岩复合边坡整体边坡角为13°。     

基于CDEM露天煤矿顺倾软岩边坡三维稳定性分析

为解决露天煤矿顺倾层状软岩边坡稳定性这一技术难题,基于连续介质离散元数值模拟方法,从理论上探讨了降深与清帮至不同位置对顺倾软岩边坡稳定性的影响。结合白音华一号矿南帮工程实例,针对各煤层降深及清帮方案,基于CDEM数值算法对边坡稳定性进行计算,对比分析了坡体位移、应力分布及演化特征,进而阐明多个弱层对复合边坡产生的叠加效应,以及清帮减载对边坡稳定性的影响。结果表明,白音华一号矿首采区南帮边坡变形不会对南排土场稳定性造成影响,揭露多个弱层对边坡变形与稳定性下降有一定的叠加效应,清帮不能显著提高边坡稳定性,但可减小作用在弱层上的法向应力和剪切应力,进而减缓滑坡发生的过程,提高边坡动态发展过程中的安全性。     

扎哈淖尔露天煤矿南帮压煤回采边坡稳定性分析

针对露天矿边帮普遍存在的压煤问题,基于极限平衡及强度折减理论,从控制边坡稳定性角度出发,结合扎哈淖尔露天煤矿南帮软岩边坡工程实际,通过定量计算与定性分析,提出横采内排压帮开采方式。采用二维刚体极限平衡与三维数值模拟相结合的方法分析了横采深部开挖角度及内排跟踪距离对边坡稳定性的影响及其程度,优化设计了扎哈哈淖尔露天矿横采南帮边坡形态。结果表明:南帮边坡滑坡模式为以IVC煤层底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;横采内排压帮开采方式可借助边坡三维效应提高露天矿边坡角度及其自身稳定性,进而达到安全、高效地回收边帮压煤,提高露天矿煤炭资源回收率;扎哈淖尔露天煤矿横采南帮边坡稳定性随内排跟踪距离增大呈负指数降低;最终确定横采开挖位置为+908水平,内排跟踪距离为100 m,深部开挖角度为42°,可累计为扎哈淖尔露天煤矿多采出IV煤4 701.39万t,经济效益显著。     

横采内排追踪压帮高度对端帮稳定性影响研究

为揭示横采内排追踪条件下压帮至不同高度时端帮稳定性变化规律及力学成因机制,明确端帮的滑坡模式与滑坡机理,以平庄西露天煤矿端帮边坡为工程背景,应用有限差分软件FLAC3D,基于强度折减理论,对压帮不同高度时的端帮稳定性进行了三维数值模拟。结果表明:平庄西露天煤矿端帮滑坡模式为以椭球面为侧界面、以弱层为底界面的切层-顺层滑动;滑坡的力学成因机制类型为牵引式;横采内排追踪压帮高度至少为81 m端帮才能满足安全储备系数的要求;端帮稳定性系数Fs随压帮高度增大呈线性增大。     

露天矿含弱层边坡三维危险滑面构建及稳定性计算

露天矿含弱层边坡稳定性分析是露天开采领域中的一个重要研究内容,实际工程问题复杂多样,基于二维计算会导致结果偏于保守,有时无法满足复杂工程的需要,因此,开展含弱层边坡三维稳定性分析的研究是很有必要的。基于标准椭球,对其进行空间几何变换,与边坡插值生成一种由x_a等6个参数控制的椭球危险滑面,将椭球滑面与弱层结构面进行组合插值,构建含弱层边坡三维危险滑面;使用三维剩余推力法和遗传算法计算边坡稳定性系数并进行最危险滑面搜索,使用经典算例对方法进行验证,发现含弱层边坡随着滑体宽度增加稳定性系数逐渐降低。以锡林浩特某露天矿为应用实例,对东北帮含弱层边坡进行三维稳定性计算,验证了方法在实际工程中的适应性。     

露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式研究

边坡稳定性问题随露天矿开采的进行不断突出,而边坡软弱岩层严重影响边坡稳定性。大量工程实例显示,露天矿含软弱岩层组的高陡复杂边坡失稳模式通常为“坐落-滑移式”破坏。为明晰露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式的破坏机理,以某露天矿为例,提出一种针对露天矿含软弱岩层组高陡复杂边坡的综合分析方法。研究结果表明：采用工程地质分析、传统极限平衡方法和数值模拟分析相结合的综合分析方法,针对该类型复杂边坡可发挥不同分析方法的优势,较全面地从地质自然环境条件、定性定量方面、应力应变角度分析边坡破坏机理及模式,总结归纳出含软弱层组露天矿高陡复杂边坡“坐落-滑移式”破坏的“坐落-滑移-剪出”三段式破坏特征,为其他类似复杂边坡稳定性的分析和防治提供思路和手段。     

顺层或逆层岩质急倾斜边坡坡角的确定

为了解当岩体具有急倾斜构造和水平裂隙发育时,由该岩体形成顺层和逆层边坡情况下,不同坡角对该边坡稳定性的影响,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行了模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟了非连续性和连续性的岩体构造形式。构建了坡角为40°、50°、60°、70°和80°的顺层和逆层边坡,并对边坡稳定性进行了模拟。模拟结果表明,岩层的重力作用在逆层时有利于岩体外倾,顺层时抑制外倾。相同坡角时顺层较逆层更为稳定。大变形裂隙区的出现位置与岩体构造有很大关系。提出的修建边坡坡角建议为顺层时坡角不应大于60°,逆层时坡角不应大于50°。     

基于弹性理论的软弱顺层岩质边坡受采动影响研究

在有软弱顺层边坡地形中进行采矿通常会引起边坡稳定性变化,因而研究此类边坡在受采动沉陷的影响在地质问题中是尤为重要的。首先利用关键层理论概念分析得到,在含有软弱结构层的岩质斜坡受到采动或开挖影响时,软弱结构层将和关键层同步变形而与上部岩质斜坡产生离层,形成悬臂结构。再根据弹性力学理论计算出岩质斜坡的极限悬臂长度以及断裂长度。最后利用实际矿山地质进行稳定性判断。结果表明,随着工作面的不断推进,采动影响下的离层距离变大,岩质坡体最大拉应力将沿着坡表面向前移动并且逐渐增高,最大拉应力点与发生离层点的距离X_(max)却急速减小,当离层距离达到l_(max)时,最大拉应力达将到坡体抗拉强度,岩质坡体断裂,此时岩体断裂长度达到l_(max)+X_(max);通过实际矿山工程算例得到,当坡顶上离层距离达到6.88 m时,若下方采空区继续推进增加,则上方坡体将产生断裂形成滑坡。     

考虑岩土体剪胀特性的边坡稳定性分析*

为考虑岩土体剪胀特性对边坡稳定性的影响，基于非关联流动法则，利用等效内摩擦角的概念对原抗剪强度参数进行修正，以修正后的等效参数c*，φ*探讨剪胀角对岩土体强度的影响，结合传统强度折减法以及基于临界曲线的双系数折减法，求解基于修正后等效参数计算的边坡安全系数，并给出安全系数的取值方法。结果表明:采用等效参数来考虑剪胀角的影响是可行的；随剪胀角的增大安全系数增大，且增长速度变缓，剪胀角在0~25°范围内对安全系数的影响显著，在实际工程计算中需要考虑剪胀角对边坡稳定性的影响；基于临界曲线的双系数折减法可较为直观地体现出剪胀角的影响程度，在研究剪胀角对边坡稳定性的影响时可采用此方法进行分析。     

高填路堤边坡失稳机理与处治措施分析

高填路堤稳定性已成为制约山区高速公路建设的重要因素。以某失稳高填路堤为工程背景,基于将填方路堤和原 始地基作为整体边坡考虑的基本思路,根据现场调查、勘察成果,构建典型地质剖面模型,通过极限平衡条分法,对边 坡稳定性的影响因素,如水位、岩土体重度、内聚力、摩擦角等进行敏感性分析,计算得到边坡潜在滑动面剪出口与现 场实际基本一致,并分析其失稳是在持续强降雨入渗、填方路基土强度弱化后,在填筑路堤、粉质粘土夹碎石层与基岩 交界面顺层滑动剪出;最后分析不同抗滑桩设置位置、强度、间距支护作用下边坡安全系数及潜在滑面情况,推荐在距 离坡脚5 m处设置抗滑桩且其每米间距强度应大于250 t的处治方案。     

深井动压影响下山煤巷围岩变形机理与控制研究

以刘桥一矿Ⅱ66回风下山为工程背景,采用现场实测、实验室实验、数值模拟和工业性试验综合分析了下山煤巷非对称变形破坏机理,提出动压影响下深井软弱煤巷围岩多层次组合控制理论,并给出优化控制措施。研究表明:回风下山变形失稳严重并呈非对称性,围岩完整性较差,强度低。地应力实测显示,回风下山处于高原岩应力区,最大主应力为水平应力且具有明显方向性,与巷道轴线夹角为71°,断面顶底板剪切破坏风险较大;数值模拟显示,回风下山开拓延伸期间,受邻近轨道下山、辅助下山影响显著,4煤回采对其影响较小,6煤工作面回采是下山煤巷非对称失稳的主要诱因;提出以围岩深浅孔注浆为核心,以新型注浆锚索、锚杆为装备基础的高阻让压全断面组合控制理论,并给出具体优化方案。工业性试验显示,下山煤巷围岩变形得到有效控制。     

基于距离判别分析理论的露天矿边坡潜在破坏模式识别方法

露天矿边坡潜在破坏模式的识别仍然值得深入研究。基于距离判别分析理论,结合露天矿边坡失稳的特点,选取岩石单轴抗压强度、结构面倾角、结构面与边坡面的位置关系、地下水条件、岩体结构类型、黏聚力、内摩擦角、边坡高度、边坡角等9个因素作为判别露天矿边坡潜在破坏模式的指标,建立露天矿边坡潜在破坏模式识别的距离判别分析模型。以21个典型露天矿边坡的信息作为学习样本进行训练,建立相应的判别函数进行识别,并以回代估计法对该模型进行检验。研究结果表明,经过学习后的模型误判率为0.05,即判别能力是高的。用所建立的模型判别某露天矿边坡的失稳模式,判别结果和期望结果比较符合。     

弱层台阶边坡可靠度非侵入式随机分析*

为确保复杂结构边坡的安全稳定，针对弱层台阶边坡可靠性开展非侵入式随机分析。以抗剪参数为随机变量，采用局部平均法进行随机场离散，采用随机场和Monte Carlo(SMC)法编制程序进行数值计算，并与Monte Carlo(MC)法结果进行比较。结果表明:利用非侵入式随机分析方法计算可靠度效率更高且易于实现；随机场可以反映岩体力学参数的空间变异性以及参数之间相关特性，更接近于实际情况，弱层对边坡稳定性有重要影响，会导致边坡安全系数降低，且最大位移会显著增大；采用MC法会过度放大边坡的失效概率，而SMC法得到的结果更可靠。该结论可为复杂结构边坡的可靠性分析提供参考。