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。     

内排压脚与边坡稳定性的关系

为了研究边坡角及边坡形状与边坡稳定性的关系,采用有限元软件ANSYS模拟了不同边坡角对应的稳定系数,以及不同平盘宽度和压脚高度所形成的等储备强度边坡的稳定系数。模拟中假设材料符合相关联的理想弹塑性本构关系,强度准则符合Drucker-Prager准则,用计算收敛性作为边坡稳定性的准则,用强度折减法得出边坡的稳定系数。为了形成等储备强度边坡,由下到上分步骤进行压脚。先在平面边坡最下台阶压脚,这样提高了边坡稳定系数,在边坡进入临界状态时,最下两台阶的塑性状态相同,则压脚停止;再在最下两台阶同时压脚,在边坡进入临界状态时,最下3个台阶的塑性状态相同,则压脚停止;以此类推,在最下边n个台阶同时压脚,在边坡进入临界状态时,压到与第n+1个台阶的塑性状态相同为止。结果表明,边坡总是从坡脚开始形成塑性区,在重力加载过程中,塑性区以弧形条带向坡顶扩展,形成滑带。最有效的内排压脚是从最下台阶开始形成等储备强度边坡的压脚。     

浅析影响注压皮鞋后帮高度的因素及控制措施

胶粘皮鞋生产中后帮高度的保证措施包括划后帮高度定位线、加强绷帮操作和加强成品检验等,但这些措施对于注压工艺皮鞋效果却不明显。生产中影响皮鞋后帮高度的因素有原辅材料厚度、绷跟工艺、绷帮工艺和工人操作。生产中影响注压皮鞋后帮高度的特殊因素有模具的安装、皮鞋内腔高度差异、套帮工艺。控制注压皮鞋后帮高度的措施有改善模具安装、减少内高差异、降低套帮不实。     

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。     

直边坡参数对边坡稳定性的影响

采用量纲分析的方法给出直边坡几何参数和物理力学参数决定边坡稳定系数的通式。首先,边坡高度H和边坡角α被确定为直边坡的几何参数,抗拉强度σt、黏聚力C、内摩擦角和岩土比重γ被确定为直边坡的物理力学参数;其次,采用量纲分析的方法,形式上给出边坡稳定系数F的通式,F=qαpα(C/Hγ)pcφpφ(σt/Hγ)pσ;再次,为了得到待定系数q和待定指数pα、pc、pφ、pσ,通过最小二乘法对数万个计算结果进行回归分析(每个结果都是通过FLAC计算将确定的直边坡参数与它的稳定系数形成对应)。结果表明,在一定的取值范围内,边坡稳定系数的表达式为F=4.63/α(C/Hγ)0.17φ0.83。可见,受MohrCoulomb和拉应力两个强度准则控制的岩土材料形成的直边坡的稳定性受无量纲的黏聚力、边坡角(角度)、内摩擦角(角度)的控制,与抗拉强度关系不大。无量纲黏聚力是黏聚力除以边坡高度和岩土比重。     

边坡爆破高度对边坡稳定性的影响

为了解爆破后由急倾斜且具有水平裂隙发育岩体组成的边坡稳定性及其内部破坏规律,最终总结出爆破高度对边坡稳定性的影响特征,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行该工况模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟非连续和连续性的岩体构造形式,以对实际的岩体中岩块和裂隙发育进行模拟。针对存在该类型构造发育边坡的实际工况,设置了13个爆破点的6个爆破方案进行模拟。研究了模拟结果表现出的边坡内部裂隙和位移随爆破高度的变化规律。其表明了对于同时起爆各爆破点而言,爆破高度越高爆破后边坡越稳定的结论,并分析了出现该现象的原因。说明了结论的普适性,同时该边坡实际的爆破情况也支持了该结论。     

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。     

端帮开采支撑煤柱失稳演化机制试验研究*

为研究端帮开采过程中支撑煤柱稳定性演化特征,基于突变理论,推导支撑煤柱失稳判据,采用相似材料模拟试验,研究不同宽度支撑煤柱在回采及分级加载过程中,竖向应力分布形态、演化机制及两者与煤柱失稳关系,通过数值模拟验证试验结果。研究结果表明:当屈服区宽度超过煤柱宽度88%,煤柱将发生失稳;回采过程中煤柱竖向应力呈马鞍形分布,处于稳定状态;分级加载过程中,煤柱宽度由小到大依次发生剪切破坏,煤柱中部竖向应力出现突增,视为失稳前兆,可将竖向应力突变拐点作为失稳预警判据;试验中煤柱稳定性与数值模拟结果基本一致,验证了试验结果的合理性与可靠性。     

微型桩锚固深度对边坡稳定性及桩身内力的影响

采用数值分析方法,对不同锚固深度组合方案下微型桩加固土坡的稳定性进行耦合分析,系统研究微型桩锚固深度对边坡稳定性和微型桩桩身内力的影响。结果表明:耦合作用下,均质土坡的安全系数与微型桩锚固深度关系密切,前排和后排微型桩最优锚固深度分别为滑面以上自由段长度的1.5倍和2.0倍;锚固深度的改变影响微型桩桩身内力分布,前排微型桩和后排微型桩均在最优锚固深度下,桩身弯矩和剪力无明显差别。因此得出结论,当一个微型桩锚固深度大于最优锚固深度、而另一个微型桩锚固深度等于最优锚固深度时,边坡失稳模式为微型桩的弯曲破坏。边坡加固工程中采用合理的微型桩锚固深度能够在确保加固效果的同时减少工程投资。     

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。     

基于地电场数值模拟的边坡软弱层稳定性评价

为解决露天采场边坡失稳带来的巨大安全隐患问题,以鞍本地区铁矿露天采场为例,在分析高密度电阻率法基本原理、探测系统和正反演原理的基础上,测定了研究区内主要岩矿体电阻率,据此建立了基于地电场数值模拟的层间软弱层稳定性评价模型。温纳和偶极装置工作下,设定的地电模型正演模拟和反演计算结果表明,电阻率异常特征准确地反映了软弱层的稳定性状态,地电场分布特征与模型设定结果基本吻合。评价实例和钻探验证结果表明,模型可准确评价层间软弱层的稳定状态,取得了良好的实际效果。     

基于有限元强度折减法的露天磷矿高边坡稳定性分析

针对尖山磷矿开采实际情况,利用ANSYS有限元分析软件建立了考虑重力载荷作用的高边坡体稳定性分析数值模型,运用强度折减法折减边坡岩体的黏聚力和内摩擦角,根据计算结果分析尖山磷矿东采区高边坡在重力作用下的稳定情况。结果表明:当折减系数由1.33增加到1.34时,高边坡体的位移、塑性应变发生突变,通过边坡失稳的主要判据判定目前尖山磷矿东采区高边坡的安全系数为1.33,边坡稳定。     

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°。     

基于博弈论-云模型的露天矿岩质边坡稳定性分析

针对露天矿岩质边坡稳定性具有随机性和模糊性的特点,建立了基于博弈论-云模型的边坡稳定性分级评价方法。首先,通过分析边坡稳定性影响因素,构建了包括地质、环境和工程条件等多方面的综合指标评价体系;其次,采用改进层次分析和熵权理论分别确定指标的主观和客观权重,基于博弈论计算指标综合权重;最后,通过计算综合确定度,基于最大隶属度原则确定边坡的稳定性等级。将所建立的评价模型应用到某露天矿边坡稳定性评价中,结果显示该模型的评价结果与实际情况完全符合,与未确知测度和可拓学理论的评价结果一致,表明该模型具有一定可靠性和实用性。     

不同施工顺序对陡坡偏压小净距隧道围岩稳定性的影响研究

为了研究陡坡偏压条件下不同施工顺序对小净距隧道围岩稳定性的影响,结合工 程实例,考虑“先浅后深”与“先深后浅”两种施工顺序,通过有限元软件ABAQUS建立 三维弹塑性分析模型进行了施工全过程数值模拟,重点分析了不同施工顺序对地表边坡 、拱圈特征点围岩以及中夹岩柱的影响,并计算了不同施工顺序下的隧道开挖安全系数 。结果表明:先施工深埋侧隧道会加剧围岩整体偏压效应,并会对中夹岩柱处围岩产生 往返的扰动,不利于围岩稳定性的控制,且先开挖浅埋侧隧道的安全性高于先开挖深埋 侧隧道。