基于FLAC~(3D)的露天矿边坡稳定性分析与研究

采用FLAC~(3D)对露天矿边坡稳定性进行数值模拟,揭示工作端帮的破坏机理。采用Spencer和bishop 2种计算方法进行边坡稳定性计算,结果表明,采场端帮潜在滑坡破坏模式为粉质黏土内部圆弧剪切与土岩分界面顺层滑动形成的组合滑动模式,为边坡失稳的预防和治理提供了科学的依据。     

基于模糊综合模型的尾矿库水工结构采动影响评价

为定量分析尾矿库水工结构设施受采动的影响和损害,针对水工构筑物的岩体地基的力学问题,即坝基岩体承载稳定性评价的重要力学计算点进行了探究。在对尾矿库水工结构设施进行论述后,对坝基岩体承载稳定性进行了公式推导计算及力学分析,分析了尾矿库坝基滑移而造成失稳的3种形式;并对尾矿坝体的深层滑动滑面倾向上游和滑面倾向下游的情况进行了受力分析和力学公式推论。此外,以尾矿库损害造成的各类影响结果为基础,建立了模糊综合评价模型,提出相应的建议和合理措施。结果表明,模糊综合模型对于尾矿库水工结构设施采动影响评价及损害防护探究是合理的,同时也为某尾矿库水工结构设施采动影响评价及损害的治理方案和策略制定提供了可靠的定量分析依据。     

哑巴岭露天采场边坡工程地质特征分区与稳定性评价

根据矿区工程地质特征和水文地质特征、岩性、构造、地形地貌等条件,初步将哑巴岭露天采场边坡分为A、B、C、D四个工程地质分区.采用极限平衡方法计算分析自然状态、采动状态、降雨状态和爆破振动状态下的采场边坡安全系数和失稳模式,研究结果表明:自然状态和降雨状态下边坡失稳模式基本一致,最危险滑动面均位于台阶坡面上且依附千枚岩层;降雨状态下最危险滑面位置较自然状态下移,边坡安全系数下降;采场C区最小安全系数偏低,应加强边坡监测并采取相应的安全措施.     

采动区矸石地基抗采动抗震农房试验研究

根据矸石的颗粒级配、组成成分等试验，分析矸石地基的采动变形特点。开采沉陷变形与地震对建筑物的作用方式不同，但可采用基本相同的结构与构造保护措施，基础滑动层在减震和吸收采动。变形中均有显著作用，提出在采动区矸石地基上设置带肋钢筋砼浅基础，下铺砂垫层，采动考验和抗震测试计算效果良好。     

深部长壁开采采动应力壳演化模型构建与分析

结合走向长壁开采特点及深部开采采动应力壳演化和采动裂隙发育特征,构建了采动应力壳演化的三维分析模型,引入移动坐标系统和椭球面方程,获得了非充分采动条件下首采工作面和护巷煤柱宽度影响下采动应力壳演化形态方程和采动裂隙发育范围。基于影响采动应力壳演化和采动裂隙发育特征的因素分析,获得了采动应力壳壳体演化形态方程和采动裂隙发育各参量间的关系。分析表明,采动应力壳演化最易在煤柱侧壳基、壳肩或壳顶发生失稳,其演化失稳模式主要有压缩失稳模式、拉伸失稳模式、剪切失稳模式和复合失稳模式,整体揭示了采动应力壳演化特征及其与采动裂隙发育的动态效应。     

基于有限元强度折减法的采场结构整体稳定性极限分析

以铜陵某铜矿开采设计稳定性研究为例, 利用有限元强度折减法对采场结构的整体稳定性进行了极限分析。计算结果表明, 由于采场结构布置和受力复杂, 仅靠数值计算解的不收敛性作为整体失稳判据是值得商榷的, 而以顶板塑性破坏带大面积贯通、关键点位移突变、破坏单元体积突变和塑性应变最大值突变作为整体失稳判据则具有一致性, 可作为采场结构整体失稳的判据, 由此得到采场结构的整体安全系数, 对地下矿山采场结构稳定性分析具有一定参考作用。     

矿山砖混建筑物基础滑动层抗震与抗采动作用机理的探讨

本文通过三维有限元模型模拟计算,分析了砖混房屋基础滑动层在地表采动变形中的作用机理,通过分析滑动层在地基震动时的作用机理,探讨了滑动层在抗震与抗采动中的统一性,并由此提出了采动区建筑物设计的“双重保护”概念和原则。     

深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。     

建筑载荷作用下采空区覆岩结构稳定性判据及应用

采煤沉陷区的合理利用是解决城镇化建设和土地资源短缺之间矛盾的重要途径之一,沉陷区范围内采动覆岩结构的突然失稳将导致煤矿沉陷区新建建筑物破坏。采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法对新建建筑物载荷作用下采动覆岩结构稳定性进行了探讨与研究。采用理论分析方法对采动覆岩结构特征和地表载荷引起的岩体中附加应力分布特征进行了分析,建立了“载荷作用下采动覆岩结构力学模型”;对该模型进行了力学条件分析,并结合“砌体梁”结构失稳条件,得到地表载荷作用下采动覆岩随载荷增大是否产生滑落失稳的判据;当铰接岩块的回转角度和块度符合i<0.5sin θ₁或i> sin θ₁时,采动覆岩结构随着地表载荷的增大,失稳的可能性逐渐增大;铰接岩块的回转角度和块度符合0.5sin θ₁1时,采动覆岩随载荷增大不会发生回转失稳。在理论分析的基础之上,将建立的力学模型应用于某矿长壁老采空区地表工程建设实际,建筑施工前期采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对拟建建筑载荷作用下采动覆岩结构的稳定性进行了分...     

浅埋深煤层长壁式复采区段煤柱稳定性研究

为确定浅埋深煤层房柱式开采转长壁开采时区段煤柱的形式和稳定性,采用理论计算的方法,分析了已有房柱式开采区域内复采时区段煤柱的类型、受力特征及稳定性,提出了煤柱受力模型,并给出了不充填两柱一巷式、不充填三柱两巷式、充填两柱一巷式、充填三柱两巷式等4种煤柱的有效支撑宽度计算公式。以鄂尔多斯弓家塔煤矿为研究对象,计算了4种区段煤柱的失稳系数。结果表明:不充填型和充填型两柱一巷式、不充填型三柱二巷式区段煤柱失稳系数大于或接近1,存在失稳的危险性,充填型三柱二巷式区段煤柱失稳系数为0.64~0.87,可以保证长壁工作面开采时的区段煤柱的稳定性,满足了安全生产需要,最大限度地提高煤炭采出率。     

采动边坡变形破坏力学机制分析

露井协采同时受到露天与井工开采的影响,使得上覆岩层发生破坏变形,形成"砌体梁"结构,且根据采动区岩层的受力情况,分为煤壁支承区、离层区、重新压实区。"砌体梁"结构对露天边坡起着重要作用,此结构的失稳会导致边坡的滑动失稳。通过建立数学模型,分析了"砌体梁"与水平作用力、荷载及旋转角的关系。     

考虑多级采动效应的边坡失稳过程研究

应用RFPA强度有限元软件建立连续开挖模型和一次开挖模型,对比不同开挖模式下多级边坡损伤机理和损伤过程,分析多级边坡多次采动过程中局部化岩体损伤、破坏、失稳过程,再现了多次采动影响下多级边坡局部失稳效应。结合金川集团石英石露天矿多级边坡现场监测数据进行分析,在强度折减的过程中引入连续采动,实现真正意义上的强度折减和采动效应,使得数值模拟破坏机理和破坏过程与实际破坏过程更为接近。主要表现在一次开挖和连续开挖只是在时间步骤、空间位置、多级边坡结构稳定性分析上不同,其损伤过程、损伤机理基本保持一致。多级边坡连续开采在时间、空间效应的影响下主要以局部失稳破坏为主。     

采动影响下暗立井稳定性及支护关键技术研究

为解决采动影响下回风暗立井井壁失稳问题,通过数值模拟对采动影响下的回风暗立井井壁稳定性开展了相关研究工作。结果表明:煤层的采动对井壁稳定性存在一定程度的影响,采用钢板筒支护的井壁能够有效地改善井壁应力集中、抵抗煤层采动带来的井壁变形,能够满足实际生产需求,保证回采期间上下巷道的通风安全。根据数值模拟结果及工程实际条件,选择了合理的反井施工工艺,制定了安全可靠的钢板筒支护施工方案,并总结了相关施工经验。     

层间弱接触面对穿煤层页岩气井稳定性的影响

不同性质岩层间的弱接触面是影响边坡、地下巷道及硐室等岩土结构稳定的关键因素之一，煤层开采引起的覆岩运动是导致采动影响区内垂直页岩气井破坏的主要原因，针对垂直穿过长壁煤柱的页岩气井井筒稳定性问题，利用二维地质模型，对井筒剪切、离层、拉伸及压缩等变形量进行了预测，对比分析了层间弱接触面对穿煤层垂直页岩气井稳定性的影响；根据煤柱内不同布井位置条件下井筒各类变形的大小及轴向分布规律，得到了井筒沿轴向易于失稳的危险高度并优化了布井位置。结果表明，FLAC程序中的接触面单元能够很好地表征由采动引起的、沿软硬岩层间弱接触面出现的动力响应，对井筒的主要失稳模式——剪切失稳展现效果良好。     

主关键层结构稳定性对导水裂隙演化的影响研究

针对部分矿区采动导水裂隙异常发育的问题，采用模拟实验和工程探测的方法，就主关键层结构稳定性对顶板导水裂隙演化和含水层水位的影响进行了深入研究。结果表明：当主关键层与煤层间距小于7~10倍采高时，顶板导水裂隙会发育至基岩顶界面，但主关键层上部的导水裂隙会随主关键层结构稳定性的变化呈现出两种不同的演化形态。当主关键层结构稳定运动时，主关键层上部导水裂隙经历“产生-发育-闭合”的过程；当主关键层结构滑落失稳时，主关键层上部导水裂隙形成后难以随采动闭合消失。现场工程探测结果验证了上述主关键层结构稳定性对导水裂隙演化的影响规律。提出了采用高阻力支架来控制主关键层结构不发生滑落失稳的措施，使导水裂隙可以随采动逐步闭合，含水层水位逐渐恢复，进而实现保水采煤的目标。     

浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳机理研究

神东煤田浅埋煤层存在大量房式遗留煤柱,受下方煤层采动影响可能突然失稳垮落,造成冲击式动力灾害,遗留煤柱稳定性对下方煤层安全开采具有重要影响.针对乌兰集团石圪台煤矿地质生产条件,基于突变理论建立了房式煤柱稳定性尖点突变模型,分析了浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳规律.结果表明煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱单侧屈服带宽度介于煤柱宽度的0.33～0.43倍时将发生突变失稳,现场观测验证了计算结果.     

不同倾角采动边坡移动变形特征及稳定性分析

为了研究采动对不同倾角的坡体稳定性影响,基于FLAC3D数值模拟,分析了不同倾角的采动坡体位移变形情况。运用强度折减法计算出煤层开挖前后不同倾角的坡体安全系数,并对坡体稳定性进行了分析。研究表明:坡体倾角越大,受采动影响及位移越大,不同倾角下最大垂直位移均集中在坡脚处,最大水平位移随坡体倾角增大向坡顶转移;坡体倾角越大,安全系数越低。煤层开采后,最大安全系数为30°坡体时的1.22,最小安全系数为75°坡体时的0.73。;坡体倾角大于60°时,采动坡体处于易失稳状态,应采取必要的边坡防治措施。     

王家岭煤矿辅助运输巷失稳原因分析与治理技术

厚煤层开采时回采巷道很多都布置在煤层之中,在进行双巷掘进布置工作面时,辅助运输巷受工作面明显采动影响,由于煤巷顶板整体稳定性不强,易于出现巷道失稳现象。王家岭煤矿首采面辅助运输巷由于受到采动影响发生局部冒落失稳,在分析此类回采巷道失稳特征及影响因素的基础上,得出导致巷道冒顶的主要因素,并进一步有针对性的提出相应的处理方案,并给出相应的预防措施,尽量避免此类冒顶的发生。     

某高台阶排土边坡不同失稳模式下稳定性分析

以国内某高台阶排土边坡为例,分别采用Bishop法、Morgenstern-Price法、Spencer法及余推力法,针对排土场不同失稳模式下边坡稳定性进行了研究。结果表明,对于高台阶排土场边坡,当基础存在薄弱覆盖层、自然地形较陡时,沿排土体内部近程滑动和沿排土体-地基界面滑动均为潜在可能失稳模式,相应边坡稳定性通过不同计算方法综合判定。     

降雨渗流对边坡稳定性影响的数值分析

降雨是边坡失稳破坏的主要诱因之一,边坡的滑动和破坏与雨水入渗密切相关。本文选取铜绿山古铜矿遗址Ⅶ号矿体西侧的露天采场东侧边坡为分析对象,根据工程水文地质条件和边坡产状建立数值计算模型,利用GEO-STUDIO软件的SEEP/W模块,模拟不同降雨强度下的边坡内部渗流特征,并结合SLOPE/W模块计算出各种降雨工况条件下边坡稳定性系数。模拟结果表明,随着降雨强度的增加,露天采场东侧坡体内部的渗流场发生显著变化,且边坡稳定性系数与降雨强度呈负相关的变化规律。