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。     

灵泉露天矿残煤回采边坡稳定性分析与评价

为了保证灵泉露天煤矿残煤回采时边坡安全,对其边坡稳定性进行了分析与评价.根据灵泉露天煤矿东帮边坡各剖面实际揭露分层物料各自物理力学性质,应用边坡数值计算软件计算模拟灵泉露天煤矿东帮边坡的稳定性.结果表明,东帮最终帮坡边坡角为32°～35°,能够保证残煤回采时边坡的安全性.同时,对影响灵泉露天煤矿东帮边坡稳定性的主要因素进行了分析评价.结果表明,粉砂岩容易吸水,但含水率的增加对C、φ值的影响幅度小于泥岩,泥岩不易吸水,亦不易排水,但含水率对泥岩的影响幅度大.因此,在采矿过程中应加强露天矿疏干排水工作,以使边坡岩体保持较高强度,从而保证边坡安全.     

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。     

高陡边坡下开采安全性的相似材料模拟与数值模拟对比研究

露天矿边坡是露天开采活动的产物,随着开采的不段深入,很多露天矿转为露天井工联合开采,其开采安全性成为亟待解决的课题.本文以某露天煤矿的边坡下开采为工程背景,采用相似材料模拟试验与数值模拟计算相结合的方法研究了开采安全性.研究表明所研究剖面的开采巷道围岩处于不稳定状态,且相似材料模拟试验结果与数值计算结果吻合,该研究可为实际工程的安全可靠性提供一定的参考.     

井工开采影响下的露天矿边坡沉陷规律研究

许多露天煤矿通过井工开采回收了边坡下的煤炭资源,但也不同程度地加剧了露天矿边坡的失稳和沉陷问题。其引起的岩层移动及地表下沉是一个复杂的物理、力学变化过程,本文以安家岭露天煤矿及其一号井工矿作为研究背景,首先分析了该矿山采空区的塌陷现状、特点、成因机制以及对露天煤矿生产带来的影响;并应用概率积分法与FLAC数值模拟方法对采空区塌陷进行模拟和预测分析,研究了露井共采作用下边坡变形及破坏机理,揭示了井工采动影响下,露天矿台阶式边坡特有的变形形态、应力分布特征、形成机理与采动沉陷规律。本文研究结论对于同类露井共采的矿山有着重要的借鉴意义。     

高陡边坡下开采安全性的相似材料模拟与数值模拟对比研究

露天矿边坡是露天开采活动的产物，随着开采的不段深入，很多露天矿转为露天井工联合开采，其开采安全性成为亟待解决的课题。本文以某露天煤矿的边坡下开采为工程背景，采用相似材料模拟试验与数值模拟计算相结合的方法研究了开采安全性。研究表明：所研究剖面的开采巷道围岩处于不稳定状态，且相似材料模拟试验结果与数值计算结果吻合，该研究可为实际工程的安全可靠性提供一定的参考。     

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。     

含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究

为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数F_s与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。     

含多弱层复合边坡滑坡治理三维数值分析

白音华二号矿滑坡区边坡治理工程是针对稳定性差的南帮非工作帮和南排土场构成的复合边坡进行的。滑坡体受多层弱层控制,治理过程中易导致边坡失稳,所以治理工程采取分区开采的条采方案,充分利用边坡治理的三维效应来进行边坡的失稳破坏研究和稳定性分析。选取滑坡区的典型剖面作为研究对象,基于强度折减方法(SRM),应用有限差分FLAC3D软件,在两种开挖条件下,对含多弱层的复合边坡的稳定性规律和破坏机制进行了数值模拟分析,揭示了多弱层对复合边坡的失稳破坏及稳定性的影响。研究结果表明,治理工程中,弱层被揭露一定宽度,滑体沿煤底板弱层水平错动、竖直方向拉裂破坏;随弱层暴露宽度的增加,边坡稳定性明显降低,说明治理边坡具有三维效应;开挖至3-3煤层底板,开挖坡角20°,弱层暴露宽度为400m,边坡的稳定系数刚好达到安全储备系数1.1,建议矿方首选此方案,可以最大限度的回收煤炭资源。     

线下顶推施工对既有线运营动态安全影响的试验研究

赣龙铁路下穿京九铁路时采用地道桥框架结构 ,施工采用顶推法 ;并采用钢便梁和挖孔桩加固以保证京九铁路的行车安全。由于运营的需要 ,将铁路行车限速由铁道部规定的 4 5km/h提高到客车 6 0km/h、货车4 5km/h ,为检验行车安全性和货车限速提高到 6 0km/h的可能性 ,南昌铁路局组织了试验列车通过便梁的试验 ,主要对轨道和便梁的动态安全性进行了测试 ;并通过对试验结果的分析和评估 ,证明了提高限速后行车的安全性 ,突破了铁道部限速规定 4 5km/h以内的限制 ,对既有线铁路施工时提高行车速度有重要意义。测试期间发现的施工便梁架设过程中存在的问题 ,对类似项目施工有一定的借鉴作用。     

褐煤露天矿端帮开采边坡支撑煤柱稳定性研究

为高效、安全回采露天矿开采后端帮大量压煤,综合采用理论分析、蠕变试验、数值模拟与工程实施等手段,研究端帮采煤机打硐回采条件下边坡支撑煤柱稳定性。以霍林河北矿西端帮为例,基于突变理论,推导支撑煤柱发生突变失稳的必要条件;基于支撑煤柱服务时间要求,提出目标时间强度的概念,确定支撑煤柱的3天目标时间强度参数;基于数值模拟,以煤柱拉伸剪切塑性区宽度为判据,确定合理煤柱宽度。结果表明:煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱塑性区宽度大于煤柱总宽度的88%;试验获得实例中煤柱的黏聚力c=0.93 MPa,内摩擦角φ=17.6°;确定合理煤柱宽度为4 m,经工程实践,验证了其合理性。     

大孤山铁矿边坡爆破损伤分区研究

露天矿生产爆破,特别是靠帮爆破在边坡中形成的爆破损伤区对其稳定性具有很大的影响。本文针对大孤山铁矿露天爆破开采的实际情况,建立了极限平衡数值分析模型及峰值速度衰减公式。利用数值分析软件Geoslope对边坡靠帮爆破过程中岩体损伤范围进行了研究,主要分析了在爆破-200--212m水平时,爆破震动对边坡岩体的影响,并利用萨道夫斯基公式和PPV安全判据对爆区周围岩体损伤范围进行了计算。结果表明距离炮孔6.2m以内范围为完全破碎区,6.2-12.4m为岩体重度损伤区,12.4-19.7m为轻微损伤区。数值分析表明距爆源同一距离的岩体质点峰值速度随深度的增加而减小,爆破区周围震动波速成漏斗形分布,同实际爆破情况吻合。     

大型露天煤矿绿色开采评价体系研究

为解决露天煤矿开采给环境带来的诸多不利影响,以露天煤矿绿色开采为理念,从固体环境、水体环境、气体环境和生态环境4个方面构建了露天煤矿绿色开采评价体系。通过数学方法和数学模型对影响露天煤矿的基本指标进行量化处理和权重分配,得出露天煤矿开采"绿色度"指标值。建立了露天煤矿绿色开采评价标准,并利用所建立的评价指标体系和评价模型对黑岱沟露天煤矿进行了应用研究。     

基于MIDAS GTS/NX的文成县某边坡稳定性分析

以文成县某迁建工程边坡为研究对象,对该边坡工程地质概况进行调查,再基于MIDAS GTS/NX软件进行数值模拟,对该边坡在两种工况下的稳定性进行分析,得出在自然工况下边坡处于稳定状态,在降雨工况下边坡处于欠稳定状态的结论。根据结论对边坡采取预应力锚索措施加固,再对加固后的边坡模型进行相同条件下的数值模拟,模拟结果表明,加固后的边坡达到永久边坡设计要求。     

边坡受爆破振动损伤及其稳定性分析

为研究露天矿山边坡爆破振动损伤规律,提高矿山边坡安全性,以内蒙古霍林河扎哈淖尔露天矿西帮为研究对象,在工程地质调查基础上,运用理论分析与数学计算相结合的方法,量化爆破荷载对边坡损伤程度,建立边坡爆破振动损伤函数关系式,计算边坡破坏时间,确定最危险区域;同时,运用FLAC3D有限元差分软件建立11个边坡地质模型,模拟分析边坡爆破振动损伤程度,并与理论分析结果进行对比。研究结果表明:边坡损伤程度与爆破距离成反比关系,随爆破作用次数增加,边坡损伤程度呈指数衰减,连续11次爆破后边坡发生破坏,最危险区域距离爆破起始位置150~200 m。     

绿色开采条件下露天煤矿土地动态演化规律研究

以白音华三号露天煤矿为例,研究了基于绿色开采条件下的露天煤矿土地动态演化规律。根据绿色开采中土地占用面积最优化及破坏土地尽早恢复的原则,建立了白音华三号露天煤矿地质模型、采矿模型等,研究了采场形态与采矿时间的动态变化关系;建立了内排土场排土模型,充分利用内排空间是减小运输成本与征地费用的重要途径,优化了内排土场发展过程边坡形态及排土容量;通过合理规划采、排计划,达到了绿色开采原则指导下的边开采边恢复土地的目的,既解决了露天矿合理征地问题,又解决了露天开采带来的生态恢复问题。     

露天矿最终边坡角的数值模拟研究

为了合理确定露天矿最终边坡角,在岩石力学试验和工程地质调查研究的基础上,分别应用三维弹性有限元程序ANSYS、三维弹塑性有限元程序PHASE2和三维黏弹塑性有限无程序EVP模拟最终边坡角为42°、50°、53°的开挖模式.建立计算模型时,最终台阶坡面角取65°;按照《矿山安全规程》,台阶高度12m时,安全平台宽度取4m,清扫平台宽度取6m;台阶高度14 m时,安全平台宽度取5 m,清扫平台宽度取8 m.结果表明,上帮最终边坡角不超过48°,下帮最终边坡角不超过50°,端帮最终边坡角不超过49°.较原有设计上帮可增大6°,下帮可增大8°～ 10°.     

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。