节地减损开采模式下边坡结构及应力发展规律

为了实现节地减损开采技术在露天矿的安全应用,对开采过程中的边坡结构、岩体应力状态和稳定性进行分析,揭示开采程序和参数与边坡应力分布和稳定性的耦合规律。采用剖面法阐述了适用于扩建和新建露天矿的2种节地减损开采技术方案;分析了边坡内部的应力类型,建立了降段或靠帮开采造成的不平衡应力分异模型及其诱发的边坡牵引式渐进破坏模型。以蒙东地区露天矿采场端帮的形成和发展过程为依据建立了三维模型,并设定模拟条件如下:采场深度从0降段至300 m,每次降段50 m;端帮角度从37°线性提高至45°,每次提高2°;内排土场从0回填至300 m,每次回填50 m。分析得到开挖降段和靠帮开采过程中自重应力和水平应力变化规律以及开挖降段和内排回填过程中的端帮边坡稳定系数变化规律。根据矿山的设备生产能力和采剥工程量,计算出开挖降段、靠帮开采所需的工程时间,通过回归分析得到自重和水平应力随时间的变化规律,以及时效稳定性的变化规律。研究结果表明:开挖降段过程中,自重和水平应力分别下降了1.6和5.6 MPa,端帮边坡稳定系数从2.23下降到0.83;靠帮开采过程中,自重和水平应力分别提高了0.5和9.4 MPa;内排回填过程中,端帮稳定系数从0.83提高到1.87。自重应力和水平应力均呈现以采场中心线为轴的对称结构,在采场范围内,自重应力呈拱形结构,水平应力呈“楔形”结构;随着开挖降段深度或端帮边坡角度的增大,自重应力拱顶曲率和水平应力楔形曲率均不断减小。自重和水平应力的峰值随开挖深度的增大呈二次函数下降,随开挖时间的增加均呈线性规律下降,随端帮边坡角度的增大呈二次函数规律增大。端帮稳定系数随开挖降段深度的增加呈负指数降低,随时间的增长呈二次函数规律下降;端帮的稳定系数随内排回填高度、时间均呈现指数的增长规律。