辽宁抚顺西露天矿北帮边坡稳定性分析及变形分区

分析了抚顺西露天矿的地质背景,对西露天矿北帮边坡进行稳定性数值分析,并对西露天矿地质灾害进行评价和变形区划分。分析结果表明,矿区的地质灾害主要受断层,软弱岩体,强降雨以及矿震等的影响;边坡存在相当大塑性区,边坡表坡局部存在较大变形,随着井采开采的推进边坡塑性区将增大,地表沉降位移增量呈增加的趋势;对地质灾害影响的区域应根据变形情况逐渐实施搬迁。最后指出应对北帮边坡岩体变形的时效性问题及趋势进行预测,并做好地质灾害防治工作。     

采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究

我国西南岩溶山区地质环境复杂,地下开采活动频繁,大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律,以贵州普洒崩塌为例,通过相似模型试验,研究采动作用下,坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明:在地下开采情况下,坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大;当开采宽度约为采高的16倍时,地表沉降突增,并伴随裂缝出现;测点越靠近地裂缝,沉降变化率越大,地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域;掘进工作面推进时,采空区上方顶板岩层出现卸荷区域,压应力减小,而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域,压应力增加;采空区上方大于20倍采高范围以外,岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下,对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。      

露井联采下边坡稳定性的相似模拟研究

露井联采模式下露井边界参数的合理选取,是决定露天边坡稳定的关键因素.通过相似模拟试验对安太堡露天矿南帮4#煤和9#煤露井联合开采下露天边坡的破坏过程进行了研究,分析了边坡破坏模式以及边坡的沉降变形规律.结果表明,露井联采下安太堡南帮边坡存在3种破坏模式:1435～1450平台的沉降破坏、1390～1435平台的沉降和滑移复合破坏,并最终转为滑移破坏、1280～1390平台的滑移破坏. 并指出在4#和9#煤复合开采产生的地表沉降中9#煤占总沉降量的60%以上.通过模拟得出,安太堡南帮实际边坡位置应整体后移20m,使井工开采工作面开切眼的位置由原1390台阶下移到1405台阶下,保证其开切眼所在位置至露天边坡台阶的垂直安全高度应在131m以上,该结论有效地解决了多年来困扰安太堡南帮露井联采边坡稳定性问题.     

铁路专线下综放开采地表沉陷规律

为了保障山西郭庄煤矿铁路专用线的安全运营,通过建立岩移观测站,在收集整理监测数据的基础上,对铁路专用线经过的山西常村煤矿S3-13工作面采动引起的地表移动变形规律进行了分析。研究结果表明:综放开采条件下,地表移动变形剧烈,下沉值大,但下沉速度相对较小;地表下沉系数较大（0.76）,主要影响角正切tanβ偏大（2.78）,最大下沉角较大（89°）;地表移动总持续时间长,活跃期时间占比58.7%,活跃期下沉量占总下沉量的89%,活跃期变形剧烈且集中。研究成果旨在为后期工作面开采过程中铁路的变形预测及维修防治提供理论依据。      

锦屏一级水电站左岸开挖高边坡变形监测分析

锦屏一级水电站左岸开挖高边坡的开挖高度达到530 m,断层发育,岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别重要。对边坡的工程地质条件进行分析,介绍锦屏一级水电站工程左岸边坡的变形监测布置及监测结果。锦屏一级左坝肩边坡采用表面变形观测、浅表变形观测及深部变形观测,由表及里3个层次监测边坡岩体的变形。表面变形监测采用外观变形监测方法;浅部变形监测采用多点位移计,监测深度为0～90 m;深部变形监测采用平洞测距、水准沉降及石墨杆收敛计等监测方法,布置于勘探平洞内,穿越主要断层及深部拉裂缝,最大监测达到260 m。截止2011年5月,边坡浅表最大水平位移106.1 mm,最大垂直下沉位移58.6 mm,主要受边坡开挖及支护控制。深层最大水平变形量为47.48 mm,最大垂直沉降变形为7.2 mm,主要受深部拉裂缝及断层控制。目前位移趋于收敛,最大变形速率小于0.1 mm/d,满足安全控制标准,边坡已趋于稳定。     

薄冲积层下开采地表动态移动规律与特征

位于采煤影响区的高压线、输气输油管道、河道等设施对地表动态移动极为敏感。以甘肃某煤矿在金沙河下开采为背景,通过现场地表移动监测,获得薄冲积层条件下综放开采地表动态移动变形规律。研究表明：薄冲积层下综放开采地表具有下沉移动起始期很短、活跃期较长等特点。地表移动活跃期位于工作面前方110 m至工作面后方400 m范围内,历时185 d,期间地表点下沉量可达到该点总下沉量的90.7%;地表移动剧烈期在工作面后方50 m至150 m范围内,但剧烈扰动时间相对较短,历时约60 d。基于测点下沉曲线为S型分布、下沉速度曲线类似为正态分布特点,建立了考虑开采时间和工作面推进速度因素的地表下沉及下沉速度动态模型,并追踪刻画出地表测点往复式下沉与水平运动的轨迹。薄冲积层下开采,地表裂缝更易平行于工作面走向方向发育,并且随工作面的推进,地表裂缝具有前移和密集区向工作面外侧小范围扩大的时空特征。     

厚松散层下开采地表动态移动变形规律实测及预测研究

为了掌握厚松散层覆盖地区地表在采动过程中的动态移动变形情况,以地表移动观测站实测数据为基础,获得厚松散层开采地表动态移动参数在开采过程中的变化规律,以及走向主断面方向上任意时刻、任意点的下沉速度预计公式。结果表明：当工作面推过最大下沉点170 m左右时,该点的下沉速度达到最大值,其值为22.85 mm/d;地表点最大下沉速度值及其滞后距随工作面开采距离的增大而增加,当工作面推进距离达到600 m左右后,两者增加的幅度逐渐减小,并分别达到稳定值22.00 mm/d和150 m,认为此后的采动过程是地表点下沉速度曲线以固定形状与工作面保持一定的滞后距随开采不断向前移动;参考国内松散层下开采案例,通过多元线性回归分析得到地表动态移动变形参数与地质及开采技术参数之间的关系式;最后根据动态移动参数在采动过程中的变化规律,建立了走向断面上任意时刻、任意点的下沉速度预测公式,通过预测值与实测值的对比,认为预测结果能够满足工程实践需要。     

井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究

以山西平朔安太堡矿露井联合开采为例,通过数值模拟及现场位移监测资料对比分析,探讨了露天矿高边坡在顺坡、逆坡及侧向切坡开采3种情况下的复合应力场和位移场的分布特征及规律。研究表明,边坡内井工开采不利于边坡稳定性,但由于工作面推进方向不同,边坡受采动影响部位的顺序不同,因而对边坡稳定性的影响存在一定的差异。逆坡开采时,随着工作面向坡内推进,边坡前、后期表现出两种完全不同类型的变形位移,前期以倾倒型崩塌破坏为主,后期稳定性有所增强;顺坡开采时,边坡保安煤柱宽度不断减小,在侧向偏压作用下,边坡将产生沿软弱结构面的推动式剪切滑动;边坡下切坡开采时,边坡除发生沿软弱结构面的推动式剪切滑动外,还可能发生后缘沿采空裂隙、下部沿软弱层面的张拉滑动变形。     

地下与露天复合开采边坡岩体变形演变机制分析

地下与露天复合采动影响下边坡岩体移动和变形是近 2 0年来许多学者关注的重要论题之一 ,与单一露天开采相比 ,复合开采影响下边坡地表变形速率之巨、影响范围之大、持续时间之长十分惊人。例如抚顺西露天矿北帮从境界线 (约Ｎ1180 )至地面Ｎ16 0 0附近 4 0年持续地产生变形 ,且变形量逐年递增 ;其中在该变形区内Ｗ 2 0 0剖面 ,1996年各测点平均变形数率是 1979年的 8.8倍 ,是地下采动期平均变形数率的 3.7倍 ;在坑内Ｅ10 0 0地区 1993年 8月最大水平位移速度达 2 158ｍｍ/ｄ ;其变形之剧烈严重地影响到矿山生产和周边环境安全。1　应力场演…     

宁东煤炭基地金凤煤矿GPS地面变形监测研究

掌握采空区地面变形规律是科学预防和治理地面塌陷的前提与基础,是煤矿地质环境动态变化的重要监测内容。以宁东煤炭基地金凤煤矿为例,在收集、了解金凤煤矿0110202和011805工作面开采时间、开采深度、开采煤厚、工作面长度、工作面宽度、工作面走向等参数的基础上,建立工作面地表自动化GPS监测点,将工作面开采进程与地面变形时间、空间统一起来,研究工作面地面变形时间和变形量的规律。结果表明,金凤煤矿011202工作面地面变形一般在采后13个月左右进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为16～19个月,最大累积变形量约为3300mm;011805工作面采空区地面变形一般在采后10～11个月进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为13～16个月,最大累积变形量约为2600mm。研究结果为金凤煤矿后续工作面开采地表变形规律及类似开采条件下采空塌陷的预防与治理提供了定量化的依据。     

彬长矿区软底巷道变形特征及影响因素分析

通过对蒋家河煤矿ZF1404工作面巷道变形特征的分析,初步总结出了彬长矿区巷道变形的影响因素:应力场的不均衡分布为控制因素;软岩底板、厚度不均、埋深较大和倾角较小为内在因素;矿山压力、顶板淋水和软岩遇水膨胀为直接因素;采动影响为间接因素。变形严重区位于赵坡向斜轴部及两侧。结合实际生产过程中采取的巷道维护措施,认为合理规划采掘布局和采掘接替、合理留设护底煤、不同区段采取不同的支护措施、及时抽排工作面涌水等治理措施能有效防止软底巷道变形,确保该工作面正常安全生产,具有一定的借鉴意义。      

蒙东地区露天矿边坡稳定性影响因子与敏感度分析

边坡稳定性对露天煤矿安全高效开采至关重要。在系统总结蒙东地区露天煤矿赋存条件的基础上,提出了该地区露天煤矿边坡的工程地质特征及稳定性影响关键因子。采用正交试验与极差分析法,对该地区露天煤矿边坡稳定性影响因子的敏感度进行了研究。研究结果表明:软弱结构面分布特征、软弱结构面强度及变形特征、地下水疏排效果和综合帮坡角是控制该地区露天煤矿边坡稳定性的关键因子;不同开采阶段边坡稳定性影响因子的敏感性会发生变化,边坡防治策略及重点也应相应调整。      

Research on reasonable coal pillar width of roadway driven along goaf in deep mine

Driving roadway along a goaf is commonly adopted for mining face of thick seam in a deep mine. Determining a reasonable width of coal pillar is a key scientific problem for driving roadway along a goaf in a deep mine. The paper took a roadway driven along a goaf at Zhaolou coal mine which is a typical kilometer-deep mine in China as engineering background. Field monitoring, model test, and numerical experiment are conducted. Stress and displacement evolution mechanism are analyzed with different pillar widths. The test results show that with the increase of coal pillar width, the peak stress value at the coal pillar working slope and integrated coal beside the roadway increases firstly and then tends to be stable, its position is transferred to the side of the roadway, and the deformation of coal pillar decreases gradually during roadway excavation. The coal pillar deformation and roadway vertical displacement increased as the coal pillar width increases under high abutment pressure. In order to reduce the waste of non-renewable resources and meet the requirements of bearing capacity and stability of coal pillars, a method is proposed for setting a reasonable width of coal pillars and the specific width of coal pillars is designed and applied in engineering practices based on the above research. All the tests are significant in the study of driving roadway along a goaf in a deep mine.     

宁夏羊场湾煤矿浅埋煤层开采地面塌陷发育规律及形成机理

以宁夏羊场湾煤矿Y110207工作面为研究对象,采用无人机遥感技术、野外调查与有限差分软件模拟方法研究浅埋煤层开采的地面塌陷类型、发育规律及其形成机理。(1)浅埋煤层开采地面塌陷以地表裂缝发育为主,地表破坏严重。(2)平行切眼裂缝间隔性出现,展布于整个工作面内,间隔距离为10～120m,局部裂缝形成错台高度约为15cm。平行顺槽裂缝为拉张型裂缝,发育在顺槽至外围一定范围。(3)采煤活动导致地下形成采空区,上覆岩层发生移动破坏,破坏区分为剪切破坏区、拉张破坏区及剪-拉破坏区,分别对压应力区、拉应力区和压-拉转化区。(4)当应力扰动传递至地表,应力值超过覆盖层抗拉强度时地表产生裂缝。随着工作面推进,覆岩内部裂缝带上行裂缝与地表下行裂缝贯通,形成错台。研究成果丰富了该区浅埋煤层的地面塌陷理论知识,为地面塌陷防治提供了理论依据。     

大采深工作面煤层底板采动破坏深度测试

针对邢东矿大采深的情况,利用现场底板注水试验对2121工作面底板采动破坏深度进行了测试研究,依据单位注水量的动态变化以及注水孔与采线之间的距离关系,确定了底板破坏深度。试验结果表明:该工作面底板破坏深度为32.5~35m,比300m采深以内的工作面实测深度(9.15~12.0m)增加2倍以上,说明随着开采深度的增加,煤层底板采动破坏深度呈明显增大的趋势,因此,在水压和破坏深度二者同时增加的条件下,2121工作面深部煤层开采的突水危险性远远大于浅部煤层。测试结果为邢东矿大采深工作面的防治水方案的制订提供了科学依据。      

基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究

针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明：裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。     

露天矿边坡自动监测系统的开发与应用

测量机器人(即自动电子全站仪)固然可以对露天矿边坡进行自动化(或半自动化)外部形变监测。但测量机器人设站处(监测基点)的稳定性对监测精度的影响非常大。并且当测量视线被遮挡后测量机器人将无法监测相应的形变点。为了解决上述问题,笔者及科研组将GPS技术与测量机器人技术有机结合,开发出了露天矿边坡智能可动式自动监测系统。该系统彻底解决了监测基站不稳定对监测结果的影响问题,使监测的程序得以简化、监测的固定性投资成本得以降低。文章介绍了露天矿边坡智能可动式自动监测系统的结构、工作原理,给出了监测实例。以实际监测数据为依据,提出了露天矿边坡预警的基本准则。     

基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点,在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究,通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法,探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明,通过对无人机遥感技术生成的DSM处理,经过多期地面高程的对比,得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比,无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测,进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。