地下与露天复合采动影响下边坡岩体稳定性评价方法的研究

矿产资源的开采, 有些是按地下与露天复合开采方式进行。依据采区的空间对应关系, 两种采动影响域中的一部分相互重叠, 导致采动效应相互作用和相互叠加, 从而组成一个复合动态系统, 因此边坡岩体变形机理更加复杂, 与单一露天开采相比有较大的差异;然而, 过去在处理此类问题时近似地应用单一露天采动影响下的分析方法, 结果与实际情况存在一定差异;本文在理论分析的基础上, 推导出边坡稳定性的评价方法, 为此类矿山后续采矿设计及安全生产提供科学依据。     

复合采动影响下边坡岩体变形机制的数值分析

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属地下与露天复合开采情况。依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动效应相互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,因此,边坡岩体变形机理更加复杂,与单一露天开采相比有较大的差异。然而,过去在处理此类问题时近似地按单一露天采动影响下的分析方法,结果与实际情况有一定差异。     

矿山复合开采岩体移动理论与安全评价方法

文中分析了复合采动影响下边坡岩体的移动特点 ,研究两种开挖效应的相互作用机理和边坡岩体破坏机制。在此基础上 ,应用随机介质理论 ,推导出地下开挖在边坡岩体内所产生的形变力 ,并依据边坡岩体稳定性计算理论 ,最终推导复合叠加采动影响下边坡稳定性计算方法。同时应用随机介质理论 ,推导出复合采动影响下地面变形的预测模型和特殊地质条件下变形的预测方法。结合实例对变形参数的计算方法等内容进行了分析和研究 ,并对后续开采将产生的变形值进行预测。     

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…     

基于不同开采方式作用下采动斜坡变形特征研究——以贵州发耳煤矿为例

煤层开采顺序和开采方式对采动斜坡起着一定控制作用,影响着采动斜坡的稳定性。近年来,大量学者对采动斜坡的研究仅限于采动斜坡自身原型的变形破坏模式研究,考虑煤层开采顺序和方式对采动斜坡的控制作用不够深入。贵州省发耳煤矿是典型的在多层开采作用下发生变形的缓倾结构采动斜坡。本文以贵州六盘水发耳煤矿尖山营变形体为例,基于离散元数值模拟原理,采用颗粒流数值模拟方法,对比了不同开采方式下对采动斜坡的变形破坏影响。结果表明：在进行煤层开采时,一次开采和分布开采对斜坡变形有着较大影响,分布开采时煤柱发生破坏后会加剧斜坡变形,不利于斜坡稳定;在分布开采时,正向开采对于坡体的损伤更为严重,斜坡变形更加明显;煤层开采后,上覆岩体竖直位移略大于煤层开采厚度,斜坡合位移受水平位移影响较大,坡脚及坡肩位置的煤层开挖对斜坡的变形影响显著。     

地下工程中由控稳到控水的断裂屏障机制

结合工程实例分析了原始地质条件下的不导水断层在采动影响下透水并最终导致突水事故发生的作用机理。研究表明,在一定条件下,断裂破碎带成为围岩变形和采动应力传播的屏障。这种屏障作用的结果使得断裂带内岩体变形强烈,变形梯度大,开挖空间与断裂带之间围岩变形和采动应力集中加剧,这容易引起断裂带含有原生结构面的构造岩体和存在断层伴生裂隙的围岩变形错动,并进一步导致地下水导升。工程实例证明了这一分析的合理性。     

缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究

采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。     

露天采场台阶开挖对公路路基稳定性影响的有限元数值模拟和评价

针对矿山在地下开采转为露天开采过程中,原地采区域在露天采场台阶开挖过程中对露天采场公路建设及运营的影响,进行了数值模拟分析,并对通过各种岩体介质的露天采场公路路基在台阶开挖和汽车运营过程中的稳定性进行了分析评价,得出了在不同条件下,如空洞地区、台阶材料介质、材料界面、开挖台阶与公路距离等对路基稳定性影响的评价.     

矿山采动卸荷岩体力学参数劣化规律研究

矿山开采对采动影响区域内的围岩形成扰动,弱化岩体力学性质,其参数劣化规律是数值模拟与分析计算的主要问题之一。以铜坑矿92#矿体连续采矿顶板诱导崩落试验采场为对象,运用卸荷岩体力学理论,确立了开挖卸荷岩体力学参数计算模拟的计算流程。结合有限元数值模拟方法,建立了岩体卸荷等效模型,进行了6步连续卸荷的计算,得到了地下连续采矿顶板卸荷岩体力学参数的变化规律,并运用多项式实现了卸荷岩体力学参数与卸荷量变化值的函数拟合,获得了采动卸荷岩体力学参数的劣化规律。结果显示,卸荷第6步时,计算不收敛,表明此时顶板已经完全破坏而发生崩落;在卸荷过程中,岩体力学参数均呈逐渐弱化的趋势,其中内摩擦角、凝聚力和弹性模量随开挖卸荷的推进呈逐渐减小的趋势,最终的参数分别相当于初始值的55%、50%和50%,但泊松比呈逐渐增大的趋势,最终值相当于初始值的1.15倍。其结果说明了采动卸荷导致了岩体质量的劣化,卸荷岩体力学参数与卸荷量的函数为采动卸荷力学响应的动态分析提供了理论基础。     

地下矿体采动下的露天采场边坡稳定性研究

对于进入中晚期的露天金属矿,为了延长矿山的寿命或露天转地采稳产过渡,通常选择露天与地下联合开采,那么矿体采动下的边坡稳定性问题则尤为突出。在边坡几何形态、上部荷载和材料性质等不变的情况下,极限平衡获得的边坡安全系数为定值,因此,不能用来反映地下矿体采动对边坡稳定性影响。为了克服常规极限平衡方法的上述缺陷,采用基于边坡应力场的矢量和法求解滑动面的安全系数,结合蚁群算法与遗传算法联合搜索边坡临界滑动面,以确定矿体开采前后边坡的安全系数和临界滑动面。最后,给出一个假定算例和两个工程算例说明上述安全系数求解和临界滑面搜索方法的有效性,并揭示了地下矿体开采对露天采场边坡的稳定性的影响。     

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。     

紫金山金-铜矿露天采矿场地下不明空区的地质雷达探测

采用先进的地球物理技术探明露天采矿场地下不明空区的分布情况,准确确定其平面分布范围、顶面埋深及空间高度,对保障露天采矿作业的安全进行、预防突发性事故的发生具有十分重要的意义。运用地质雷达对福建紫金山金铜矿露天采矿场地下不明空区进行探测,在两个不同探测区块共完成18条探测剖面,剖面线总长近4km;经处理后的实测地质雷达剖面具有高清晰度、高分辨率,能准确反映地下各种不同规模的不明采空区的属性、平面位置、顶板埋藏深度、空区大致高度;地质雷达探测共查明较大空区异常55个。采用50MHz天线的地质雷达系统在该露采场的有效探测深度可以达40m以上。在露天采矿场,地质雷达探测受矿区地形条件及环境影响很小,可直接在岩（矿）石表面进行,不受第四系覆盖层对雷达波衰减吸收的影响。因此,地质雷达非常适应露天采矿场地下采空区的探测及定位。     

Rock Mass Deformation Characteristics in High-Steep Slopes Influenced by Open-Pit to Underground Mining

In Daye Iron Mine, the open-pit mining has ended and the underground mining started in 2003. The present pit slopes are as high as 430 m and the slope angle is up to 43°. During the process of open-pit to underground mining, the high-steep pit slopes would be affected by both open-pit mining and underground mining, and its deformation characteristics would become more complex. So in this paper, the trinity method of numerical simulation, model experiment and field test was adopted to analyze the displacement and stress fields systematically. The results show that: (1) Prominent rebound deformation occurs near the slope foot, which is induced by the unloading in open-pit mining. When it is backfilled to 0 m level, the rebound deformation decreases, which indicate that backfilling mass can restrict the deformation and improve the slope stability; (2) Subsidence dominates the slope deformation in open-pit to underground mining and it increases with an increasing elevation of monitoring point; the maximum horizontal displacement occurs in the lower part of the slopes, because the backfilled part is squeezed by both the north slope and the south slope, and it has a lower elastic modulus than the previous orebody; (3) The stress and its variability near the slope foot are much larger than other places, indicating that the slope foot is most affected by stress redistribution and stress concentration may occur here; the stress at other stress monitoring points changes little, indicating that the influence of open-pit to underground mining is local; (4) The effect of underground mining on the deformation of the faults is not prominent; (5) Mining operations in near-ground part affect more on the variation of deformation and stress of pit slopes than that in deeper part.     

抚顺西露天矿北帮变形有限元分析

本文应用有限单元法对抚顺西露天矿北帮边坡及地表变形进行分析.确定了在地下开采当时、露天开采当时及不同充填类型地下采场当构造地应力降低时边坡及地表的变形特征.给出了不同情况下的位移场、应力场及塑性区的分布.并对不同情况下的变形、应力分布及塑性区特征进行了对比研究.     

Numerical Analysis of Block Caving-Induced Instability in Large Open Pit Slopes: A Finite Element/Discrete Element Approach

This paper addresses one of the most challenging problems in mining rock engineering—the interaction between block cave mining and a large overlying open pit. The finite element modeling/discrete element modeling (FEM/DEM) approach was utilized in the analysis of block caving-induced step-path failure development in a large open pit slope. The analysis indicated that there is a threshold percentage of critical intact rock bridges along a step-path failure plane that may ensure the stability of an open pit throughout caving operations. Transition from open pit to underground mining at Palabora mine presents an important example of a pit wall instability triggered by caving. Using combined FEM/DEM-DFN (discrete fracture network) modeling, it was possible to investigate the formation of a basal failure surface within an open pit slope as a direct result of cave mining. The modeling of Palabora highlighted the importance of rock mass tensile strength and its influence on caving-induced slope response.     

井工开采对露天矿边坡稳定性影响的试验研究

露天边坡的稳定性是关乎矿山安全生产的重要因素之一。以安家岭露天煤矿29211工作面开采为例,采用相似材料模型试验研究方法,研究井工开采对露天矿边坡变形破裂过程的影响。试验结果表明：29211采面的推进使得上覆岩层发生垮落和下沉变形,形成“拱式”结构,对边坡产生较大的水平推力作用,导致边坡向临空面方向发生较大的水平位移,同时也造成了边坡不同程度的拉裂和沉降变形;当29211工作面推进至合理停采线2时,边坡岩体内出现局部裂缝,推进至设计停采线时,边坡岩体内裂缝已逐渐形成并贯通至坡底,因此,29211工作面推进至合理停采线2时为适宜停采位置;29211工作面开采完毕后工作面中部正上方沉降量最大,边坡岩体最大下沉量约为8 m,边坡体内裂缝逐渐贯通,有被挤出的趋势。研究结果对露天矿现场开采安全提供理论指导。