倾斜煤层露天矿顶帮稳定性分析及空间形态优化

针对倾斜煤层露天矿顶帮稳定性及空间形态问题,应用二维刚体极限平衡与三维FLAC3D数值模拟计算分析相结合的方法,对平庄西露天矿倾斜煤层顶帮边坡进行稳定性分析及空间形态优化.研究结果表明:平庄西露天矿滑坡模式为局部切层-顺层组合滑动且发生在A弱层的底界面;整体最终边坡角为25°,452水平标高以下局部边坡角可达到62°;倾斜煤层露天矿顶帮边坡随边坡倾角的增大,稳定性系数Fs呈线性减小规律;通过刚体极限平衡与三维数值模拟相结合的方法,能够准确分析潜在滑坡模式,提高倾斜煤层露天矿顶帮边坡倾角,确保边坡稳定安全,增大煤炭资源回采量.     

元宝山露天煤矿东帮边坡稳定性评价与防治措施

为确保元宝山露天煤矿东帮边坡压煤回采的顺利进行,应用岩体结构控制理论指出影响本边坡稳定性因素主要有F1断层、坡体内赋存的顺倾弱层、弱层含水质量分数和工程因素.应用自主研发的极限平衡软件和RFPA-Slope数值模拟方法综合评价了F1断层、弱层位置以及弱层含水质量分数对东帮边坡稳定性及滑坡模式的影响,提出了疏干排水、内排压脚和边坡监测相结合的综合性防控措施.     

齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化

针对齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化问题,在分析边坡工程地质条件的基础上,将极限平衡法与数值模拟法相结合,评价原设计到界边坡稳定性,优化设计到界边坡的形态参数,探讨追踪距离对边坡三维稳定性的影响规律。研究结果表明：采用逐水平优化方法设计的到界边坡角为46°,每阶段的边坡二维稳定性系数均满足安全储备系数要求;边坡的三维稳定性系数与追踪距离呈负相关指数函数关系,当追踪距离为50 m时,齐大山铁矿东帮到界边坡角可设计为48°,整体边坡角提高了2°,经济效益显著。     

含弱层的复合边坡稳定性研究及应用

针对露天开采所形成的复合边坡的稳定性问题,结合白音华二号露天煤矿采场北帮-北外排土场南帮复合高边坡,创造性地采用分段局部控制反向验算复合边坡稳定性的方法,并依据其采、剥工程实际,通过SMCAD时时地创建三维仿真开采边坡,逆向思考,反向验算在不同安全距离下理想排弃标高为1 200 m的二号矿含弱层顺倾复合边坡的稳定性;然后采用FLAC3D数值模拟方法验证分段局部控制反向验算复合边坡稳定性方法的可信度.研究结果表明:二号矿安全距离为100 m、排弃标高为1 200 m复合边坡是满足稳定性要求的;用该反向验算方法来确定复合边坡参数及形态是合理的.     

宝日希勒露天矿端帮高位煤层靠帮回采技术研究

现阶段近水平复合煤层露天矿端帮靠帮回采建设过程中,仍然存在局限,只是研究了下部煤层的回采,对于高位煤层的回采难度较大,研究较少,因此,为了能在近水平复合煤层中进行高位煤层的回采,通过分析宝日希勒露天矿边坡工程地质情况和地层赋存特点,利用FLAC^3D构建端帮三维数值模拟模型,计算了借助内排土场平盘靠帮回采高位煤层1-2煤时换填步距与边坡稳定性的关系,设计确定了靠帮回采高位煤层1-2煤边坡稳定性控制技术及相应的靠帮回采方案。研究结果表明：端帮1-2煤高位煤层靠帮回采换填步距不超过80 m,端帮1-2高位煤层靠帮回采时,借助于发展到1-2煤台阶底板上的内排土场平盘布置设备进行靠帮回采,回采方式为分层捣运、内排追踪回填。全区靠帮回采可多回收1-2煤2.260×10⁷ t,取得49.72亿元的经济效益。     

露天矿非工作帮红黏土顺层边坡稳定控制对策

针对顺倾红黏土层严重影响露天矿端帮边坡稳定甚至引发边坡变形失稳的问题,采用数值分析与极限平衡分析相结合的方法,并以平朔东露天矿北帮滑坡灾害防治为背景,对边坡的变形破坏模式及稳定性进行分析计算,结合现场实际情况,提出坡脚反压、削方减载两种控制措施.研究结果表明:坡脚反压治理措施可以有效提高端帮边坡的稳定性,增大露天矿内排空间,缩短排土运距,社会效益与经济效益显著.研究结论为实际开采过程的安全高效生产提供参考.     

灵泉煤矿过F_4断层煤壁回采方案

为保证回采灵泉露天煤矿F4断层煤壁的边坡稳定,研究分析灵泉露天煤矿F4断层煤壁的现场考察与露天煤矿地质资料及边坡稳定性监测等资料,确定F4煤壁回采方案,即单斗铲-汽车工艺,采用横采内排,沿煤层走向推进的开采方案.并对F4煤壁回采过程边坡稳定性进行分析研究,结果表明:过F4断层最大边坡高度72 m时,其稳定系数为1.18,回采F4煤壁过程边坡是稳定的,灵泉露天煤矿F4煤壁回采可行.     

顺坡陡-中倾角裂隙组合结构边坡稳定性分析

顺坡向倾外裂隙易与开挖坡面组合形成不利块体,严重威胁边坡稳定。以雅砻江中游某电站石料场顺坡向(后缘)陡倾裂隙-(中下部)中倾外裂隙组合结构边坡为例,通过勘探查明边坡长大结构面的延伸及组合,陡-中倾坡外裂隙的存在使可能的失稳模式为沿后缘陡裂张开的底面单面滑动。为评价边坡稳定性,针对Ⅱ区边坡进行了定性和定量分析,通过判断底滑面中岩桥的抗剪强度较大,定性分析认为边坡处于稳定状态;采用极限平衡法求出不同工况下开挖边坡安全系数,结果表明:开挖至高程2 165 m时,在天然、暴雨及地震工况下,边坡整体均处于稳定状态,开挖至高程2 110 m时,天然、暴雨工况下稳定,但安全浴度不足,而地震工况下处于临界稳定状态,同时分析了底滑面裂隙连通率对边坡稳定性的影响;采用三维离散元程序分别计算天然工况下边坡开挖至高程2 165 m和2 110 m时的力学响应特征。结果表明:边坡开挖至高程2 165 m时,沿顺坡裂隙发生侧向位移,开挖至2 210 m,位移增大,位移变形受后缘陡倾裂隙与坡体中下部顺坡向节理控制。研究成果可为边坡后续支护设计提供建议。     

露天矿烧变岩高边坡卸荷机理与稳定性研究

烧变岩裂隙发育、富水性强,严重威胁露天矿山采剥安全生产及其边坡稳定。为确定露天矿烧变岩高边坡隔水煤岩柱宽度,以新疆昌吉某露天矿北帮烧变岩高边坡为研究对象,通过构建坡体开挖卸荷的驼峰分布力学模型,将坡体卸荷松弛区域划分为拉裂区和压剪区两部分,分析了边坡后缘拉裂区裂隙的最大扩展深度;以卸荷松弛带宽度表征塑性剪切滑动面位置,推导了弹塑性条件下边坡浅表部破碎带与卸荷松弛带宽度的理论计算公式,进而确定了塑性滑动面位置及形态。结果表明：边坡后缘裂隙临界扩展深度随边坡倾角的增大而增大;卸荷松弛带宽度随岩石强度参数的增大而减小,随岩层埋深的增大而增大;北帮边坡后缘裂隙临界扩展深度为9.42 m,火烧区水位线处卸荷松弛带宽度为6.94 m;坡体潜在滑面安全系数均大于设计评价标准值;确定了北帮烧变岩高边坡的隔水煤岩柱留设安全宽度为36 m,为该矿的安全高效生产提供了技术保障。     

顺倾软岩边坡稳定性分析与防治

 为了对露天矿顺倾软岩边坡稳定性进行科学的评价,以大唐胜利东二号露天矿为工程背景,基于岩体结构控制论、极限平衡理论,研究边坡煤岩体内赋存的顺倾弱层和大断层对软岩边坡的稳定性影响。通过对监测数据的整理分析,并应用自行研发的极限平衡软件定量分析了采场南帮边坡的滑坡模式、滑坡机制。结果表明,现状边坡由西向东稳定性下降,并且存在顺倾弱层,揭露的弱层若受到断层切割作用时,易发生平面楔形滑动;若未受到断层的切割作用时,易发生以弱层为底界面的切层-顺层滑动。采场南帮边坡潜在滑坡模式是以6煤层底板附近的顺倾弱层为底部界面的平面楔形滑动;F68断层是滑移体的侧边界,断层下盘相对稳定。     

露天矿含断层复合边坡稳定性

针对露天矿在开采到界过程中边坡含有断层,到界边坡上部存在外排土场,边坡在到界过程中存在的边坡稳定性具有复杂性问题,结合乌兰图嘎露天矿一采区西帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论和数值模拟手段,研究了断层位置对露天矿采场以及采场-排土场复合边坡的滑坡模式及稳定性的影响规律,确保了西帮到界过程中煤炭资源的安全回采.结果表明:断层的存在导致西帮到界边坡的稳定性明显降低,但断层与到界边坡的相对距离对采场边坡稳定性的影响并不明显;当断层存在时,复合边坡的稳定性随着煤柱留设长度的增加,呈现先减小后增加的趋势,到达一定距离后,断层对边坡的影响消失.     

降雨入渗条件下多层顺层软弱夹层土坡稳定性分析

为了分析降雨入渗条件下多层顺层软弱夹层土坡的稳定性,基于饱和-非饱和渗流理论和稳定性分析理论,以京珠高速(长沙-湘潭段)左侧某含多层顺层软弱夹层土坡为研究对象,建立了相应的多层顺层软弱夹层边坡数值分析模型,分析了该类边坡在降雨入渗条件下的渗流特性及稳定性变化规律。研究结果表明,边坡软弱夹层内基质吸力在降雨入渗条件下的减小速率较快,在降雨停止后的回升具有一定的滞后性;边坡软弱夹层内体积含水率在降雨入渗条件下逐渐增加至饱和,然后维持在饱和状态,形成暂态饱和区;降雨停止后,暂态饱和区在短暂的维持后开始慢慢消散,整体呈现"凸"型分布;边坡湿润锋主要沿坡前软弱夹层向边坡内部扩展,并在软弱夹层内形成锋面,整体形成波浪状分布;边坡安全系数随降雨历时的增加而逐渐减小,减小速率具有突变性。因此,在降雨入渗条件下,多层顺层软弱夹层土坡的破坏发育形式往往具有一定的牵引性和突变性。     

基于边坡稳定性的SHM开采端帮特厚煤层影响参数研究

SHM(Superior Highwall Miners)端帮采煤技术主要针对露天矿坡下薄煤层开采,为了解决端帮特厚煤层开采所需提供的影响参数问题,弄清楚多层开采所引起边坡变形和应力重新分布机理,保证边坡稳定安全,应用边坡稳定理论和FLAC3D数值模拟的手段,以某露天矿为工程背景,计算分析了边坡角、SHM开采层数的顺序、煤柱宽高和间距等重要影响参数对边坡稳定性的作用影响.计算结果表明,开采后边坡稳定系数减小;边坡角越大,稳定系数越小;开挖层数增加,稳定系数减小;煤柱高度越高、宽度越小、间距越大,稳定系数越小.通过理论分析和数值模拟,给出了较优的具体参数值,为弄清SHM开采特厚煤层所引起露天矿边坡变形机理,防止滑坡灾害产生,确定开采流程和重要参数尺寸设定提供了依据.     

分步开挖卸荷作用下软硬岩互层边坡的稳定性分析

以沪蓉高速公路某软硬互层边坡为例,基于开挖卸荷理论,采用FLAC3D软件进行数值模拟,研究分步开挖卸荷作用对软硬互层边坡稳定性的影响规律。结果表明:最大不平衡力、最大水平位移值、剪应变最大值随开挖步数的增加累积增大,最大值出现在开挖卸荷面软弱夹层剪出口位置,与开挖量呈正相关关系;每步开挖后瞬间会产生最大不平衡力"尖点",然后逐渐减小接近于零,边坡平衡;塑性区主要分布在软弱夹层位置,拉应力区分布于开挖卸荷面附近以及整体边坡的坡顶面附近20 m以内,且总体拉应力不大,低于灰岩卸荷后的抗拉强度;基于卸荷理论计算得到每步开挖后边坡的稳定性系数比不考虑卸荷对边坡岩体劣化作用的稳定性系数分别降低了0.07、0.08、0.102、0.106。综合分析得出软硬岩互层边坡稳定性的关键问题是开挖卸荷对软弱夹层力学性能的影响以及边坡面附近的拉应力区,开挖卸荷作用对岩体物理力学性能的劣化程度直接决定着边坡的稳定性。     

内排压脚合理追踪距离的确定

为宝日希勒露天矿实行内排压脚滑坡防治措施,须确定合理的追踪距离,运用二维刚体极限平衡和FLAC3D数值模拟计算方法研究内排台阶与采矿台阶的跟踪距离对端帮的钳制作用的影响.分析端帮边坡应力、位移变化云图,可以看出随着跟踪距离三增大应力场、位移场发生变化的规律,即跟踪距离￡越小,边坡位移越小,边坡变形范围越小,边坡越稳定.从而确定了合理的追踪距离,证明了内排压脚、煤台阶支挡对提高边坡稳定性的积极作用.因此随着采矿工程的发展,内排土场同步发展,利用内排压脚滑坡防治方法不失为一个即经济又合适的好方法.     

吕梁地区不同地层结构黄土边坡坡脚开挖效应

黄土高原地区崩滑流地质灾害较为严重,与人类工程活动如灌溉和开挖等相关,尤其是坡脚开挖最容易导致坡体失稳形成滑坡崩塌地质灾害。在吕梁地区崩滑灾害野外调查的基础上,将该地区黄土边坡按地层结构概化为四种类型即单一黄土型(Q_3)、黄土-古土壤型(Q_2-S)、黄土-古土壤互层型(Q_3-S-Q_2)和黄土-古土壤-红黏土型(Q_3-S-Q_2-N_2),基于FLAC~(3D)有限差分软件,模拟分析了不同地层结构类型黄土边坡坡脚开挖效应。分析结果表明:四种不同地层结构类型黄土边坡在开挖进尺L≤20 m时,开挖角度对边坡稳定系数的影响不大;开挖进尺L≥30 m时,边坡稳定系数随开挖角度的增大显著降低,且在开挖进尺大、开挖角度较陡时边坡浅层产生贯通的最大剪应变增量带形成浅层滑坡,其中具有多层古土壤结构(Ⅲ型)的黄土边坡稳定性最好;开挖角度较缓时边坡位移以竖向回弹为主,开挖角度较陡时边坡水平与竖向位移均较大;坡型坡高相同的条件下,坡脚开挖导致不同地层结构类型的边坡变形破坏的破坏面形态基本一致,滑体厚度存在一定差异但区别不大。研究结果对黄土地区边坡科学合理开挖和灾害防治具有一定的指导意义。     

贵州遵义官井边坡变形破坏机制分析

基于对贵州省遵义市官井边坡工程地质条件、边坡基本特征及边坡变形破坏特征分析,可知官井边坡是在自身不利的条件下,由于斜坡Ⅳ段坡脚开挖到878 m,4#楼内侧边坡坡脚处揭露泥岩夹层导致边坡沿泥化夹层发生滑移变形。据此建立了官井边坡变形演化机制的概念模型,结合三维数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,将边坡变形演化过程划分为3个阶段:岩层顺层滑移、坡脚应力相对集中阶段;边坡开挖过程中卸荷回弹变形阶段;边坡深切,坡体中顺层"压力拱"形成阶段。     

陡倾顺层边坡地下开挖失稳模式分析

为了探究陡倾顺层边坡在地下开挖工况下的失稳模式,进行陡倾顺层边坡的地下开挖相似模型试验,并通过离散元软件(universal distinct element code,UDEC)数值模拟分析与相似模型试验互相验证,以极限平衡法为理论基础提出该失稳模式的稳定性分析方法,并以相似模型试验验证方法的可行性。试验结果表明,陡倾顺层边坡开挖后,其开挖区上方岩体将沿岩层层面发生剪切滑动,并导致边坡坡面产生塌陷,可见其失稳模式为"滑塌"破坏。通过计算边坡模型潜在滑塌岩体的抗滑力和下滑力,定义安全系数为其比值,得其安全系数为0.66。该稳定性分析方法可为边坡安全性评价提供新思路。     

五盂高速公路顺层岩质边坡变形破坏模型试验

为揭示开挖和降雨对顺层岩质边坡稳定性的影响,以山西五盂高速公路顺层岩质边坡为对象,通过大型物理模型试验研究了含软弱结构面顺层岩质边坡在开挖及降雨条件下的变形机理.研究结果表明:降雨条件下,含单层软弱结构面边坡主要表现为沿软弱结构面的多级牵引式滑动破坏;含双层软弱结构面顺层岩质边坡滑动破坏受降雨的诱发作用更为明显,其中软弱结构面作用主要表现为两方面,一方面为雨水对结构面本身的软化使其强度降低从而形成滑带,另一方面为软弱结构面的存在减弱了雨水向下层岩体的入渗,导致其上覆岩体迅速饱和,强度急剧降低,上覆破碎岩体沿滑动面发生大规模的整体破坏.可见强降雨是此类边坡破坏的主要诱发因素也是重要的致灾因素.     

降雨条件下不同非饱和参数的数值模拟研究

降雨条件下边坡渗透稳定性研究十分重要,但是考虑气候因素下的边坡温湿耦合研究则较少.基于广西某边坡,对考虑气候条件下的边坡渗透稳定性进行了数值模拟,得到了不同监测点孔压、温度、位移及安全系数.数值仿真结果表明:降雨条件下边坡孔压不断升高,停雨后由孔压逐渐回落,监测点越靠近坡脚,孔压上升幅度以及整体上的孔压值均大于远离坡脚的监测点.进气值a越大,m、n及k值越小,边坡内部整体的温度越高,与此同时,距离坡脚越近,温度变化幅度要大于远离坡脚的监测点;边坡位移与安全系数在降雨前期变形较大,而在降雨后期及停雨过后较小,参数a与k对边坡位移影响较大,而参数m、n影响则较小;对考虑蒸发条件下的边坡温湿耦合情况下的渗透稳定性规律进行了灰关联度敏感性分析,进气值a与渗透系数k是影响边坡稳定的关键因素,而拟合参数m及n影响较小.