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。

基于临空面特征的采动斜坡变形破坏规律研究

西南山区采动斜坡变形失稳灾害频发,复杂的地质环境条件导致岩质采动斜坡变形破坏规律复杂。而高陡临空地形是西南山区采动斜坡具有的显著特征,研究临空面影响采动斜坡变形破坏规律对于山区采动地质早期识别具有重要意义。以贵州都匀煤洞坡变形体为例,构建了采动斜坡工程地质模型,通过数值试验分析了有无临空面及不同临空面坡度条件下的斜坡变形破坏规律。结果表明:有临空面的采动斜坡岩层会同时发生朝向采空区和临空面的拉裂变形,距离坡表近的煤层开采对斜坡坡顶变形影响较大,煤洞坡斜坡坡顶大裂缝与下方的A4煤层开采直接相关;而无临空面的斜坡变形破坏范围局限在采空区覆岩,覆岩冒落范围和变形开裂程度也小于有临空面的采动斜坡。有临空面采动斜坡水平位移和范围明显大于无临空面的斜坡,而斜坡下沉位移受临空面影响较小,但受重复采动影响较大。同时随斜坡临空面坡度增加,靠近临空面区域的覆岩水平位移会加剧;随临空面坡度增大,采空区覆岩朝向临空面及采空区方向拉裂变形范围和程度也逐渐增大。临空面增大了山区采动斜坡水平移动范围和斜坡开裂程度,临空面具有变形"增大效应"。

采动斜坡变形破坏模式分析及预测

介绍了国内一些学者在这方面的研究方法。考虑地下开采方向与斜坡岩体结构类型的不同组合,探讨了斜坡的变形破坏模式。根据采动斜坡的变形破坏特点,提出可以采用最初用于预测生物增长规律的费尔哈斯特模型来描述斜坡的变形趋势,在对国内某斜坡的预测实践中,发现该模型具有良好的适应性,能够有效的预测采动斜坡的变形趋势。

工作面布置方式对沟谷区采动斜坡变形破坏特征的影响研究

为了研究工作面推进方向与沟谷走向平行时,不同工作面位置影响下沟谷区采动斜坡变形破坏特征,根据泰安煤矿白家沟区域地质条件,分别建立了工作面位于斜坡后方、斜坡下方、沟谷中间时3个数值模型,分析研究了斜坡位移分布规律、应力应变分布规律及斜坡变形破坏机理。结果表明:沟谷区采动斜坡变形破坏特征和工作面布置位置有关,当工作面位于沟谷区一侧斜坡后方时,采空区上方地表整体变形和平坦地带相似,两侧斜坡稳定性较好;当工作面位于沟谷区一侧斜坡下方时,工作面上方斜坡从坡顶处开始破坏,继而推动斜坡产生整体破坏,破坏类型为推移式滑坡,而沟谷另一侧的斜坡保持稳定状态;当工作面位于沟谷中间时,两侧斜坡从坡脚处开始破坏,导致上部坡体失去支撑而滑动破坏,破坏类型为牵引式滑坡;受降雨条件影响,推移式滑坡的破坏程度一般较牵引式滑坡更严重。

采动斜坡稳定性的块体理论研究

本文分析了采动斜坡块体的变形破坏特征，应用石根华块体理论的基本思想，讨论了转动块体的岩石力学模型和数学模型，提出了转动块体的判定条件。同时，借助于工程实例和基底摩擦模型试验，对有关讨论进行了验证。

灰色费尔哈斯特模型预测采动斜坡变形

在分析采动斜坡变形破环趋势及费尔哈斯特模型适用性的基础上,以国内某电厂采动斜坡变形为例预测了斜坡的变形趋势,结果表明预测效果良好。

静水压力对采动斜坡破坏模式影响的研究

以贵州省黔东南苗族侗族自治州凯里市湾水镇山体为例崩塌,采用数值分析方法,研究采动斜坡在采空条件下受不同静水压力对坡体破坏模式的影响。结果表明:静水压力的大小对采动斜坡破坏模式影响较大,当静水压力等于或低于104 m,山体形成滑移式崩塌;高于104 m时,形成倾倒式崩塌。

厚层硬岩采动斜坡溃屈破坏规律研究

厚层硬岩采动斜坡受结构面切割形成的块体高径比控制,可能发生整体倾倒、剪切滑移或底部溃屈进而产生大规模崩塌。但块体高径比对厚层硬岩采动斜坡破坏规律的影响仍不清楚。本文以贵州省纳雍县张家湾镇普洒村崩塌为原型,采用离散元方法研究了块体高径比对厚层硬岩采动斜坡变形破坏规律的影响,结果表明:岩体高径比为2∶1时,厚层硬岩采动斜坡宏观变形现象以裂缝发育为主;岩体高径比大于3∶1时,斜坡以坡脚溃屈-坡顶崩塌的模式发生破坏,高径比大于4∶1时崩塌规模明显增大。最后提出了破坏面水平深度与岩体高径比的关系式用于预测破坏面位置。所得结果为柱状岩体发育的厚层硬岩采动斜坡破坏模式分析提供依据,也可用于该类采动斜坡最大崩塌规模的预测。

采煤工作面推进方向对斜坡变形破坏特征影响研究

为了研究采煤工作面推进方向与沟谷走向在不同相交角度的情况下,采动斜坡的变形破坏规律,结合山西某矿区工程地质条件,采用Midas GTS NX软件,根据工作面与沟谷走向夹角,建立17个数值计算模型,分析研究采动斜坡地表变形规律以及变形破坏特征,进而得出斜坡的失稳破坏模式。研究结果表明:工作面垂直于走向推进时,斜坡变形量最大且最容易发生失稳破坏;当工作面推进方向与地面坡向一致时,工作面角度对斜坡变形影响较小,破坏模式为推移式滑坡;当工作面推进方向与地面坡向相反时,工作面角度对斜坡变形影响较大,斜坡的破坏模式为牵引式滑坡。

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。

西部黄土山区开采沉陷变形数值模拟研究

西部黄土山区开采沉陷变形规律远比平原地区复杂多变。以陕西铜川厚黄土山区采矿地质条件构建不同斜坡组合与平地条件的计算模型,通过FLAC-3D数值模拟分析了单一斜坡、凸形和凹形组合斜坡条件下地表侧向滑移引起的水平移动和下沉分布特征,并绘出了地表开采沉陷与斜坡侧向滑移分布曲线。进一步分析表明,当开采沉陷引起的水平位移及其变形与斜坡向下坡方向的滑移变形方向一致时,在地表形成两者的叠加,增大了斜坡体的变形;当两者方向相反时则导致2种变形部分"抵消"。上述采动斜坡中开采沉陷与坡体侧向滑移的"叠加"效应,导致了黄土山区地表沉陷变形规律的复杂性。