露天矿含断层逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性研究

作为一种典型的露天矿边坡,含断层逆倾软岩边坡变形破坏机理及稳定性问题尤为复杂。以胜利西二露天矿西帮边坡为工程背景,基于强度折减原理,应用有限差分软件FLAC3D模拟分析了Fx1断层位置、倾角及弱层逆倾角度不断变化时西帮软岩边坡的滑移模式及稳定性变化规律,阐明了边坡变形破坏机理。结果表明:逆倾软岩边坡滑坡力学机理受断层位置影响较大,当断层逐渐向边坡外侧偏移时其滑坡的力学成因由推动式滑坡逐渐过渡为牵引式滑坡,边坡稳定性逐渐提高;当断层倾角增大到某一值时,断层对逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性影响消失;弱层倾角对滑面位置影响较大,边坡稳定性随弱层倾角减小逐渐降低;该矿西帮边坡稳定性主要受弱层控制,Fx1断层次之;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离大于221 m时,边坡稳定性及滑坡模式不再受Fx1断层的控制;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离小于201 m时,边坡稳定性逐渐提高,潜在滑坡模式由剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动过渡为剪切圆弧-断层-剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

软弱基底排土场变形破坏治理措施研究

针对软弱基底露天矿排土场普遍存在的变形破坏问题,结合胜利东二露天矿南排土场南帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论,给出了通过探槽及滑坡变形反分析综合确定基底赋存条件及抗剪强度指标的方法;提出了对软弱基底排土场的变形治理措施;根据已有监测数据,对南帮边坡治理效果进行了评价。结果表明:在实施削坡减载措施后,各地表监测点的累计位移趋于平缓,边坡治理措施效果明显,解决了胜利东二露天矿迫切的安全问题,为同样具有软弱基底的其他露天矿排土场变形及破坏治理提供了指导。     

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。     

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°。     

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.     

陡倾层状岩石路堑边坡的变形机制及其安全防护

陡倾层状岩体在单斜软弱层型垭口的演化过程中表现出较复杂的变形行为 ,其变形结果与人工开挖所形成二次边界条件的关系 ,决定了路堑边坡的地质模式和稳定程度。笔者运用过程机制分析法 ,明确了石灰岩山区某陡倾层状岩石路堑边坡 ,在开挖中产生的变形破坏是由于斜坡长期的滑移 -弯曲或弯曲 -拉裂等重力变形改造的结果 ,并根据边坡的地质力学模式进行了稳定性评价 ,同时提出了相应的安全防护措施。     

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。     

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。     

排土场与爆破荷载共同作用下的露天矿边坡稳定性分析

目前排土场对露天矿边坡稳定性的影响和动力荷载对露天矿边坡稳定性的影响,大多是被分别研究的。这样做难以真实反映露天矿边坡实际受力状态。基于此,对排土场和爆破荷载共同作用下露天矿边坡稳定性进行研究。首先,通过室内试验确定岩体参数,分析露天矿边坡在排土场和自重情况下的变形特征,并以此为初始状态,采用Ansys/ls-dyna的隐式-显式分析功能,研究其在爆破荷载作用下的岩体的响应特征。其次,验证新疆某露天矿排土场距离设置是否满足开采要求。结果表明:该露天矿边坡未出现明显破坏特征,整体处于稳定状态,该排土场距离设计合理;研究结果与工程类比分析结论一致。     

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°。     

变滑面顺层滑坡相似模拟试验装置研制与应用

为了揭示地下采矿诱发顺层岩质斜坡的变形失稳机制,自主研制变滑面顺层滑坡相似模拟试验装置,该试验装置用可变滑面间接模拟地下开采对斜坡的影响,可节省配制和装填基岩、矿层等滑动面以下岩层的相似材料用量,缩短模型堆建时间,减少工作量,能模拟不同滑动面形态、变形速度、挠曲程度、抗剪强度等条件下顺层斜坡的变形失稳。利用该试验装置,研究重复逆坡开采影响下顺层岩质斜坡的变形破裂响应特征,试验结果与现场实际斜坡的变形破坏滑坡过程相符,表明试验装置具有较好的可靠性。     

露天矿边坡监测与加固技术概况

从露天矿形成边坡开始,由于岩体应力原始平衡条件被破坏,就使边坡存在变形、破坏以至滑坡的潜在因素。滑坡事故对露天矿生产来说,轻则影响采掘工作的正常进行;重则造成人身设备事故,恶化采掘技术经济指标,缩短露天矿的开采年限,甚至使整个矿山生产中断。1970年,美国西南部某矿发生一次严重的边坡破坏事故,极大地破坏了生产;在南美某矿,一次严重的滑坡事故,使该矿的铁路运输系统干线遭受破坏而中断了全矿生产;澳大利亚的一个大型露天铁矿,由于长达1公里的边坡破坏,使其采矿工作中断了三年多。