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。     

矿山复合采动效应的时空属性

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属于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,致使其采动汀互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,本文在理论与实例分析的基础上,研究地下与露天复合采动体系中岩体的变形机理及其不同时序开挖间的影响特点的记忆关系与空间变化特征,并在此基础上总结出矿山复合开挖岩体变形特点与规律性。     

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…     

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。     

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。     

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。     

厚松散层下采动系数确定方法

在用传统方法求取采动系数时,往往直接笼统地利用开采深度,而对岩性差异没有做区分对待。在分析传统方法确定采动系数存在问题的基础上,探讨了开采深度中的岩性差异对采动系数的影响程度。从充分开采的临界开采宽度出发,通过理论推导,给出了考虑上覆岩层岩性时走向和倾向采动系数的计算公式,分析了松基比、上覆岩层岩性等地质采矿条件对临界开采宽度和采动系数的影响。并结合具体地表移动观测站资料,分别采用传统方法、考虑松散层岩性时和未考虑松散层岩性三种情况,求取和分析了各开采工作面达到充分采动时走向和倾向临界开采宽度以及采动系数。结果表明:本文中提出的充分采动系数计算方法与采用传统方法得到的采动系数差别较大,相对误差在3.7%~51.7%。当其他影响因素不变时,松基比越大,上覆岩层岩性越软,充分采动系数越大。在厚松散层开采条件下,评定充分采动程度时,应该考虑上覆岩层中松散层的厚度。     

厚松散层下多煤层重复开采地表移动规律

为了研究厚松散层下多煤层重复开采对地表移动的影响,结合淮南矿区地质采矿条件,在分析顾桥煤矿重复开采地表移动规律的基础上,运用FLAC3D软件建立数值模拟模型,研究了重复开采地表变形规律,并建立了地表变形参数与采动次数之间的关系模型。研究表明:厚松散层下首次开采时地表下沉系数大于1,随着采动次数的增加,松散层逐渐被压实,地表下沉系数呈现线性增大的趋势,但3次开采后松散层已经压实,下沉系数趋于稳定,不再随采动次数增加而增大;达充分采动后,地表移动盆地范围不再增大,但受到采深增大的影响,主要影响角正切、边界角与采动次数之间均呈线性增大关系。该成果为研究厚松散层重复开采地表移动规律提供了理论依据和技术参考。      

复杂条件下露天采场边坡变形分析

露天采场边坡的变形特征对边坡稳定性评价、露天开采以及对边坡变形监测具有重要意义 ,复杂条件下 ,露天采场边坡的变形特征难以预测。本文采用快速拉格朗日分析 (FL AC)方法对金牛公司露天采场稳定边坡、不稳定边坡时空上的变形特征以及空区和分步开挖对边坡变形特征的影响进行了综合分析。结果表明 :FL AC方法在分析复杂条件下的边坡变形特征方面显示了较强的优势 ,稳定边坡和不稳定边坡有着各自不同的变形特征 ,空区和开采速度对边坡变形产生一定的影响。     

金川露天矿边坡岩体移动和变形的光弹性软材料模拟实验研究

通过对边坡岩体破坏机理的光弹性力学模拟实验研究, 岩体在地应力作用和自重体积力作用下, 对露天矿边坡的力学状态具有明显地影响。实验采用了明胶软材料, 模型比例1:1100。实验模拟了在自重应力和构造应力作用下, 边坡岩体的位移和变形。     

开挖对岩体稳态扰动与滑移机制的模拟试验研究

矿山岩体工程开挖将引起周围岩体的移动和变形 ,如果某区域的岩体受到不同开挖工程的共同作用 ,那么岩体内应力状态将是各个影响因素综合作用的结果。本文将应用底面摩擦模型试验方法 ,主要研究和探讨在先期进行地下开采 ,然后进行露天开采条件下 ,边坡岩体的动态滑移机制及其变形规律 ,以便为此类矿山后续开采设计及边坡岩体动态分析提供科学依据。     

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。     

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。     

复合采动边坡变形机理及稳定性评价

在边坡下采煤,井工开采不仅使边坡岩土体结构发生破坏,物理力学强度降低,同时还会引起边坡岩土体中的应力发生重分布,对露天边坡的变形及稳定性将产生较大影响.本文以山西平朔安太堡露天矿东帮边坡在B900工作面井采影响下的位移监测资料为基础,分析总结了露井联合开采条件下边坡变形规律及机理,并结合结构面组合判断、FLAC数值模拟...     

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.