研山铁矿薄层状岩体露头裂隙几何参数空间变异特征研究

露天矿薄层状岩体中原生的“隐性”闭合层面为“显性”层状裂隙发育提供了基础,形成了不利于顺层边坡稳定性的岩体结构。提出了一套完整的方法流程用于大窗口范围内层状露头裂隙的非接触测量建模、几何特征参数提取及地质统计分析。以研山铁矿东帮顺层边坡为例,基于无人机倾斜摄像测量及EPS三维测图进行了大窗口范围的裂隙面和迹线测量建模,并投影至层状边坡各向异性面上,提取了裂隙迹长、倾角、间距及坐标,并进行了地质统计分析。结果表明:①研山铁矿露头层状裂隙迹长及间距服从对数正态分布,倾角服从正态分布,均值分别为2.29 m、0.99 m和48.55°;②3种几何特征参数均具有各向异性半变异函数,变程椭圆主方向接近平均倾角,根据迹长与间距的变程比值推测裂隙方向平均断距为0.62 m,故浅层结构面贯通率约0.78;③裂隙迹长受爆破开挖和原生结构共同控制,二者叠加导致其空间变异程度和变程均最大,主变程与爆破孔深有关。裂隙间距及倾角主要受原生结构控制,三者受控因素的差异导致无显著相关性。所提出的方法流程为层状岩体露头裂隙大窗口测量和地质统计分析提供了参考,研究结果对加深研山铁矿薄层状岩体结构特征认识和揭示滑坡机制具有重要意义。

薄层状岩体隧道冒顶机制及支护方案优化研究

以山东省临淄—临沂高速公路曹家顶隧道为工程背景,采用三维离散元数值计算软件3DEC建立分析模型,探究薄层状岩体条件下隧道冒顶机理。通过拱顶岩体离层监测及塑性区分析,指出原有锚杆支护体系无法有效控制冒落高度是造成拱顶冒落的根本原因。据此,提出锚索支护方案并进行支护参数优化分析,包括不同锚索长度、顶板锚索根数及边墙锚杆数量比3个参数。通过对数值计算结果进行分析,确定顶板范围内施作5根锚索,长度为5.5 m,边墙锚杆数量比0.5的锚索支护优化方案。选取具有冒顶风险的隧道区间开展锚索支护试验,监测数据显示,试验断面锚索平均轴力值比常规断面同位置处锚杆平均轴力值在拱肩下、拱肩上、拱顶位置分别提高65.1%、31%和8.5%,说明锚索支护体系相比锚杆支护体系可有效控制拱顶冒落。

露天矿薄层状岩质边坡顺层滑坡特征和形成机制

顺层滑坡是露天矿薄层状岩质边坡中常见的局部高频中小型地质灾害,在空间上遍布最终境界的整个顺倾边帮,在时间上贯穿矿山服务的全生命周期,严重影响矿山的安全生产。造成顺层滑坡的原因一方面是岩体本身不利的岩体组构,另一方面是受爆破开挖扰动及水的作用影响。本文从露天矿薄层状岩体的原岩地质成因和表生改造后的岩体结构特征出发,结合典型鞍山式沉积变质岩型铁矿的多个滑坡实例以及微震、应力计监测结果,分析了该类型滑坡的孕育条件、分布特征和演化规律。研究结果表明:(1)层理和片理结构是薄层状岩体中层状裂隙发育、岩层薄化的基础;(2)该类型滑坡以单台阶的楔形体或平面型滑坡为主,几何必要条件为台阶坡面上至少存在一侧暴露的层面自由边,诱发条件为爆破振动及强降雨;(3)滑坡运动方式以浅层的滑移-牵引为主,受局部断层影响易发生复合型多台阶滑坡。

薄层状煤岩体中巷道的不均匀破坏及封闭支护

煤矿巷道常布置于薄层状煤岩互层中，围岩表现出非对称和不均匀性的破坏特征，采用常规的开放式对称支护技术方案效果较差，不利于此类巷道的长期维护。结合淮北矿区孙疃煤矿频繁穿越煤岩层区的巷道工程，总结了包括肩角失稳破坏、一帮内挤、底板（梁）凸起及全断面失稳等多种不均匀破坏特征，并分析其主要影响因素；提出以锚杆、锚索、注浆等主动支护为主体枸建整体封闭式支护，辅以结构补强的技术原理，通过锚杆与锚索预应力的协同作用、锚固体与围岩注浆的相互强化作用、锁腿与U型钢拱形支架的结构补强作用等形成协同支护效应，以有效控制穿煤岩层区层状围岩巷道的不均匀破坏。采用顶帮锚架注、拱脚连续锁腿约束及底板钻锚注等方法合理实施巷道全断面加固，并在孙疃煤矿埋深570m穿煤岩层区域巷道应用，巷道稳定后围岩收敛变形控制在180-220mm范围，保障了施工安全和长期稳定。