山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究

西南山区采动斜坡多具有高陡临空地形、“上硬下软”坡体结构、岩层平缓、陡倾节理面发育、开采活动强烈等特点,往往发育与采空区边界对应的宽大裂缝,未见明显的移动盆地,形成机制复杂。本文以贵州都匀市接娘坪变形体为例,通过数值模拟分析了采动斜坡裂缝成因机制。研究结果表明,受坡体内煤层采空及高陡临空地形影响,斜坡覆岩沿陡倾节理开裂并一直向上延伸到地表,随着重复采动的进行,裂缝开裂程度增大,有向临空面倾倒破坏的趋势,斜坡未形成明显的沉陷盆地。斜坡裂缝形成演化过程包括开采扰动-坡顶拉裂-裂缝加剧等3个阶段,斜坡在多煤层重复采动条件下裂缝变形经历4个阶段,即初始变形阶段、缓慢变形阶段、急剧变形阶段、稳定变形阶段。     

达县城区立石子危岩形成机制分析及稳定性评价

达县城区立石子危岩位于红旗桥一达县中学一带,草街子街道南西侧斜坡的中上部,危岩体共有3处,即W1～W3,平面上大致呈不规则三角形分布．总方量2620m^3。危岩体所处的斜坡由砂泥岩互层组成,在州河河流下蚀过程中逐渐形成高陡的临空面,泥岩在上覆坚硬砂岩压力作用下向临空方向塑流挤出,泥岩水平位移大于砂岩．导致砂岩层内产生拉裂,坡体内出现多组节理面,坡体前缘最先出现变形岩体局部坠落。通过对各个危岩体节理面的统计分析,其组合均有多组控制危岩体滑移坠落的结构面。W1、W2为滑塌式危岩体,W3为坠落式危岩体。在天然状态下。除W1危岩体处于基本稳定状态外,其余工况下各危岩体均处于潜在不稳定一不稳定状态。     

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。     

缓倾内斜坡多层采煤下覆岩变形特征数值模拟研究

贵州省水城县发耳煤矿尖山营变形体、米萝煤矿后山变形体以及兴仁县国保煤矿映山红山变形体是典型的采动斜坡,变形具有显著的矿山地质灾害特征。本文通过对前述三处采动斜坡坡体结构特征总结分析,提出具有代表性的概化工程地质模型,并基于离散元数值模拟方法,对开采三层煤条件下不同采空区排布方式覆岩变形破坏特征进行了研究。研究表明:采空区完全重叠条件下最上层采空区覆岩塌陷最严重,受岩体碎胀性影响岩体塌陷的最大深度小于采空区竖向总厚度;采空区顶板岩体破坏会逐渐向上部岩体传递,这种破坏现象传递至地表后破坏程度相较于采空区顶板减弱,地表塌陷的最大值远小于采空区竖向总厚度,其与采空区重叠面积相关性小;采空区排列的总长度越大,斜坡变形范围越大,但位移量值相较于采空区重叠的情况小;斜坡下部煤层被开采后,采空区上部坡体具有向坡外运动的趋势,坡脚出现显著的应力集中,坡脚岩体对斜坡具有"锁固"效应,扰动坡脚对斜坡稳定会产生不利影响。     

急斜特厚煤层开采地表沉陷特征立体实验研究

借助急斜煤层大型立体模拟试验架,对急斜煤层水平分段放顶煤开采地表变形破坏特征进行了开采的立体模拟试验研究。研究发现,急斜煤层开采后形成的沉陷不同于缓斜煤层,其沉陷最初由在地表生成的孔洞发展为孔洞间的贯通,形成塌陷坑。塌陷坑靠顶板侧岩体的垮落程度明显大于靠底板侧岩体的垮落程度,而且沉陷随着分段工作面的向下延伸表现为反复多次沉陷,塌陷坑内垮落体表现为由底板侧朝顶板侧的台阶式下降分布,最终形成深槽型塌陷坑。     

四川茂县新磨村滑坡启动机制物理模拟试验研究

2017年四川省茂县新磨村滑坡的启动具有明显的“锁固段”效应。在现场调查基础上,采用高强度脆性材料制作斜坡模型,开展物理模拟试验,重现滑坡变形破坏过程,分析新磨村后山高位顺层滑坡在反倾节理和潜在滑移破裂面控制下的启动机制,结合“锁固段”岩体变形破坏特征、变形监测数据和声发射信号,研究滑坡临滑前兆。试验发现：受上部滑体推挤,滑源区前部“锁固段”岩体沿反倾节理鼓胀剪出,在坡表形成鼓胀裂缝,在斜坡内部形成顺坡向拉裂面,两组破裂面组合形成阶梯状破坏面,构成“锁固段”岩体破坏边界条件。斜坡在上部滑移块体推挤下,中部形成向临空面高速启动的弹射块体,并带动下部倾倒块体向坡外运动,滑坡启动。故对于此类滑坡,可将沿反倾节理剪出形成的鼓胀裂缝视为宏观临滑前兆;同时在“锁固段”屈服阶段,坡表与坡顶的位移比值随时间先快速增长、后平缓,表征滑面逐渐贯通,滑坡各部位变形逐渐趋于协同,滑坡即将失稳。该比值时序曲线的斜率趋近于零可视为此类滑坡的临滑前兆。研究结论对发育反倾节理的顺层边坡失稳预警有理论和实践意义。     

马步坎高边坡的采掘沉陷变形

本文通过现场地质调查及变形观测分析提出, 近百年来马步坎高边坡T33岩组中煤层普遍被开采过, 使T33上部坡体发生向坡外的掀斜沉陷, 是导致坡顶后缘拉裂-沉陷进一步发展的直接原因。如果没有新的采掘活动, 随着时间的推移, 最终将会自行稳定下来。     

巫山县望霞危岩体变形监测及破坏机制分析

2010年8月三峡库区望霞危岩变形加剧,对航道安全及坡体上居民的生产生活造成了较大影响.在对新生裂缝详细调查和对变形历史、地表位移、全站仪监测及裂缝位移监测数据分析的基础上,对望霞危岩变形特征及其成因进行了综合分析.研究结果表明:危岩体变形区总体向SW方向位移,并具有明显的沉陷变形特征.T10缝为控制性裂缝,是整个变形...     

马步坎高边坡采掘沉陷变形有的有限元分析

通过现场地质调查及变形观测分析后提出。近百年来马步坎高边坡Ｔ＾３３岩组中煤层普遍被开采。使Ｔ＾３３上部坡体发生向坡外的掀斜沉陷。是导致坡顶后缘拉裂－沉陷进一步发展的直接原因。如无新的采掘活动，随着时间的推移，最终将会自行稳定下来。     

地震荷载作用下危岩体边坡动力响应及失稳机理探讨

采用连续介质快速拉格朗日分析方法,模拟了含单一顺坡向结构面的危岩体边坡在地震荷载作用下的动力反应。基于时程分析法,分析了其动力响应规律,并简单探讨了失稳机理。发现了危岩体边坡的加速度和速度存在竖直放大效应和临空面放大效应。受结构面的影响,加速度、速度、位移和剪应力等的不连续现象明显,危岩体边坡的水平位移峰值在结构面以下向上逐渐减小、跨过结构面时突然增大、在结构面以上又向上逐渐减小,而危岩体上的位移放大系数明显比母岩上的大。有助于进一步研究结构面的动力特性和危岩体边坡的动力失稳机理。     

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。     

基于InSAR技术的缓倾煤层开采诱发顺层岩体地表变形模式研究

贵州贞丰县某煤矿开采煤层以向斜缓倾的三叠系上统火把冲组（T3h）为主,与贵州省大部分煤矿开采的背斜反倾煤层不同,其采矿活动诱发的地面沉降和滑坡风险亦表现出不同的变形破坏模式(背斜反倾煤层易诱发倾倒崩塌、顺层缓倾煤层易诱发地面塌陷与滑坡)。论文利用升、降轨观测的共15期3 m空间分辨率L波段PALSAR -2 SAR为数据源,开展了多期地表变形D -InSAR测量,确定出变形发生的位置、范围与滞后时间。经实地调查验证,InSAR解算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表破坏情况,证实了InSAR在煤矿区识别时序性地表形变的准确性。进而分解计算了地表三维变形,并通过与地下开采范围和过程的相关性分析,深化了对该地区缓倾煤层地下开采诱发的顺层滑坡变形模式的认识:（1）InSAR可以识别计算出采矿区地表变形的范围与沉降量,矿区变形在干涉影像中表现为以采空区地表为中心向四周扩散的圆环状变形条纹;（2）地表变形区域覆盖地下采空区上方及附近地表区域,根据地表变形情况与地下采空区范围计算出该地区上山边界角约70°、下山边界角约58°;（3）地下采空与地表沉降变形存在约30 d的时间滞后;（4）顺层地下采空引发的地表水平移动方向受地层产状、地表坡向共同作用,水平向为沿层面的顺层滑移与向沉降中心汇聚的合成运动结果;（5）沿层面的顺层滑移与地表坡度因素叠加造成采空区地表上山侧岩石受拉产生拉裂缝,下山侧则易产生塌陷坑及裂缝。     

三峡库区平缓层状软硬相间斜坡变形模式变化分析

三峡库区发育大量软硬相间斜坡岩体,其变形机制复杂多变。以涪陵岩上危岩体为例,分析塑流-拉裂型斜坡的变形控制因素为厚层软基;以云阳云江路高边坡为例,分析压致-拉裂型斜坡的变形控制因素为薄夹层。采用应力分析的方法,对两种类型的岩体破坏进行了分析。塑流-拉裂型斜坡岩体以岩石的拉张破坏为主;滑移-压致拉裂型斜坡岩体以岩石的压张破坏为主。两种模式在结构上的差别为软岩厚度的差别。以巫山望霞危岩体为例说明,当软岩厚度处于相间位置时,其变形模式为复合模式。因此斜坡内部的岩体结构类型与斜坡变形破坏地质力学模式有着密切关系,斜坡结构变化则变形模式相应变化,其模式可能为过渡的复合式。这一认识对判断单个平缓软硬相间斜坡的变形问题具有积极的指导意义。     

开采上保护层对巨厚砾岩诱发冲击矿压的减冲机制分析

为研究开采上保护层对巨厚砾岩断裂诱发冲击的防治作用,根据跃进煤矿25采区的地质条件和采掘条件,将25110工作面下巷作为研究对象,从理论上分析了动静载叠加诱发冲击矿压的机制以及开采上保护层后的防冲原理,数值模拟研究了未开采上保护时和开采上保护层后在同等强度的动载扰动应力的影响下巷道底板的位移、速度、应力以及塑性区的变化规律,进行相似模拟试验研究了人工震源的作用下未开采上保护时和开采上保护层后巷道底板的加速度和动应力响应规律。结果表明,上保护层开采后能够有效地释放围岩内部的高应力,且采空区顶板自然垮落,形成的软弱松散岩层结构,能够更好地起到对动载扰动应力波的衰减作用,从而降低了冲击矿压发生的可能,一定程度上能够较好地防治冲击矿压。研究成果对巨厚砾岩下冲击矿压的防治具有一定指导意义。     

强烈岩溶控制型崩塌形成机理研究

2006年1月27日,贵州省威宁县猴场镇腰岩脚发生崩塌。腰岩脚高陡坡为软弱基座型,上覆硬岩为碳酸盐岩,下伏软岩中有近水平可采煤层。基于灾害特征及过程分析,建立了崩塌发生机制概念模型,即高陡斜坡中因强烈岩溶作用发育有深切溶蚀裂缝和水平溶洞,形成高陡岩墙,坡体深部煤层向坡面过度回采,导致岩墙下部应力集中过大而发展为破坏。基于MIDAS/GTS分析软件量化分析了崩塌发生机理及过程,并进一步分析了不同采空率下回采工作面距离陡崖面的临界安全距离,可为类似条件下煤矿开采提供参考依据。     

断裂活动影响矿区的采煤沉陷灾害问题

文章结合抚顺矿区实际,分析论述了断裂活动影响矿区的地应力环境特征。阐述了在断裂活动影响矿区,岩体长期大规模开挖造成局部区域构造应力卸载,岩体弹性变形能恢复发生水平变形,导致地表产生附加水平移动与变形。通常的沉陷区边缘区域,地表移动变形值不大,采动损害也相对较轻。但断裂活动影响矿区,沉陷区边缘区常存在着明显的水平移动与变形,并造成相应损害。尤其是在矿震等岩体地质动力现象显现影响下,地表沉陷灾害更为严重。     

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。     

岩体基本参数对岩质边坡变形的影响

文章利用有限差分程序FLAC,定量化讨论了边坡岩体(软岩)的变形模量、泊松比、密度、粘聚力、内摩擦角、边坡高度等参数对软岩边坡变形的影响。研究表明,边坡位移随变形模量E的增大而减小;泊松比μ的增加,则会引起x方向的位移的增加,y方向的位移减小;而岩体密度对岩石边坡位移的影响甚弱。边坡岩体的粘聚力c对边坡变形的影响程度与岩体的其他参数间存在很大关系。内摩擦角对边坡位移的影响大小,则取决于粘聚力c的取值。此外,随着边坡高度的增加边坡变形则会随之增加。其中x方向位移变化对边坡高度的变化更为敏感;同样,在边坡岩体其他参数不变的情况下,边坡倾角越大,边坡变形也越大。     

采动影响下井筒壁后岩体空间附加应力变化规律

本文较为详细地介绍了某矿井筒应力观测情况。得出了井筒壁后岩体空间附加应力随工作面推进的变化规律。观测结果表明 :井筒上部壁后岩体在铅垂方向上受张应力影响 ,而井筒底部壁后岩体应力的大小和性质与工作面的布置方式、开采顺序以及井筒与工作面的相对位置有关。