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露天转地下开采诱发边坡不稳定性的关键问题
2012-07-16
露天转地下开采诱发边坡不稳定性的关键问题
露天转地下开采诱发边坡不稳 定性的关键问题 WW汇报W人:.K孙世Y国1教1授4/博.导CN 北方工业大学 汇报内容 � 1、概 况 WWW.KY114.CN � � 2、露天转地下开采对边坡影响的关键因素 3、结 论 1、概况 1 )露采所占比例大 我国非煤矿山矿产资 源开发过程中露天开 WWW.KY114.CN 采所占的比例比较 大,据2009年12月统 计全国非煤矿山中露 天矿山开采占88.24%。 2 )深部资源开发将转入地下开采 因受经济效益合理性受到限制,许多露天矿山的深部资 源转为地下开采。 � � 目前已有许多矿山转入地下开采。由此露天边坡稳定性 受到露天与地下开采的联合作用,导致边坡稳定性问题 变差。从其影响特点看涉及到边坡及其井下工程的安全。 WWW.KY114.CN � 笔者就露天转地下开采过程中边坡岩体的破坏属性及其 关键影响因素做一分析,供同类矿山边坡安全评价参考。 2 、露天转地下开采对边坡安全影响关键因素 � 2.1地下开采产生的附加应力的扰动效应与叠加作用对边 坡稳定性影响特点 � 从应力场演变特点来看,假定原岩应力状态{σ 0 }大小基 本恒定;由露天开采引起的应力变化量为{∆σ },此时应 L 力场为{σ1}={σ }+{∆σ }。 0 L � 由于增加了地下开采,由于两采动影响域中的整体或部 WWW.KY114.CN 分相互重叠,地下开采所引起的附加应力变化为 { ∆σ };在两者共同作用下,边坡岩体内的应力场变为 D1 { σ2}={σ1}+{∆σ }。从而构成了一个动态叠加体系和渐 D1 进滑移变形模式。 图1 井工开采与联合开采移动曲线对比 2 0 0 - - 20 40 单独井工开挖水 平位移 单独井工开挖下 沉 WWW.KY114.CN - - 60 80 联合开挖96年边 坡位移 - - - - 100 120 140 160 联合开挖96年下 沉 距离/m 2 .2相对空间位置属性 同一采区上覆岩体不同空间位置的移动与破坏特点不同,两者相对空间大体可分为三种情况。不论何种 情况,地下开采对边坡稳定性肯定有影响,其影响大小需要计算确定。从开场时间先后顺序看也分为三 种情况,即同时、先井后露和先露后井开场。 下沉后边坡轮廓线 原边坡轮廓线 煤层 γ β WWW.KY114.CN 井工开采下沉后边 原边坡轮廓 坡轮廓 下沉后边坡轮廓线 原边坡轮廓线 γ β 煤层 γ β 煤层 2 .3地下采区位于坡中区边坡稳定性随采 区几何尺寸及采深的变化属性 � 地下开采对边坡稳定性影响计算方法如式 m m dεij tanφ[γ cosα i+E 1 dεi cosα i+E sinα i] + C / ∆zij ∑ ∑ j=1 n m dz m dρ j=1 F = ∑ dεij 1 dεi sinα +E cosα i i=1 γ sinα +E i ∑ i WWW.KY114.CN m dz dρ j=1 边坡体稳定系数随开采宽度变化曲线 1.1 WWW.KY114.CN 1.0 0.9 50 100 150 200 250 300 开采宽度 边坡稳定系数随深度的变化曲线 1.1 1.0 WWW.KY114.CN 开采深度/m 0.9 4 00 450 500 550 600 650 700 750 2.4地下采区位于坡外区稳定系数随开采 宽度的变化 1 .24 .22 1 下沉后边坡轮廓线 1.2 原边坡轮廓线 1 1 1 1 .18 .16 .14 .12 WWW.KY114.CN 1 .1 γ β 煤层 1.08 1.06 1.04 0m 100m 150m 200m 250m 开挖宽度/m 地下采区位于坡外区稳定系数随深度不 同的变化 1.202 1.2 下沉后边坡轮廓线 1 1 1 1 .198 .196 .194 .192 原边坡轮廓线 WWW.KY114.CN k 1.19 1.188 1.186 1.184 1.182 γ β 煤层 530m 580m 630m 680m 开采深度/m 2 .5坡脚区影响属性边坡稳定系数随宽度 的变化特性 井工开采下沉后边 原边坡轮廓 坡轮廓 稳定系数 WWW.KY114.CN γ β 煤层 开采宽度 单位:m 坡脚区影响稳定系数随采深变化特性 1 .214 .212 1 1.21 1 1 1 1 .208 WWW.KY114.CN .206 .204 .202 1.2 530m 580m 630m 680m 730m 采深/m 2 .6露天开采诱发地下老采区活化及其对周边 环境安全影响的研究(可以在下部、也可以在上部) WWW.KY114.CN 水平移动系数的演变规律 地下开采诱发的移动与变形期水平移动系数小于1,说明以下沉为主。 表1 地下采动期老二号线水平移动系数 点号 水平位移值(mm) 60 78 3 下沉值(mm) 174 122 284 347 442 654 821 1019 1250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 237 184 220 155 435 WWW.KY114.CN 水平移动系数 0.35 0.64 0.01 0.29 0.53 0.29 0.27 0.15 0.34 位移方式的改变 (由沉降为主变为水平位移为主、且与距边界位置相关) 表5 W200 剖面A 线水平移动系数 7 9 年5 月-86 年2 月 89 年12 月-96 年9 月 井采区边界与测 点 号 平均水平移动系数 平均水平移动系数 点间距离(m) 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0.54 0.12 0.31 0.42 0.41 0.28 0.46 0.60 0.99 0.73 740 710 688 645 608 WW0.45 W 0 . .66 KY57 1 5 14.CN 0.62 1.84 1.44 1.39 0.82 1.50 1.44 1.19 0.73 0.62 2.90 2.50 1.40 1.33 1.34 1.51 23.6 540 511 490 462 420 391 371 358 0 11 12 13 14 15 平均坡角(°) 测点平均水 平移动系数 17.3 0.89 1.15 水平移动系数的演变与对比 � 井工开采期间,各测点水平移动系数平均值为0.32,说明 在地下开采时期N1100~N1400之间地面主要以下沉为 主,表现出井工地下开采地表变形规律。 � � 同样也取N1200~N1400区段,将地下采动期与露天开采 复活期水平移动系数进行对比,在地下采动期该区域水 WWW.KY114.CN 平移动系数的均值为0.32; 而在同一区域,1979年至1986年间的水平移动系数均值 为1.37; � 1989年至1996年该区域的水平移动系数均值为1.65。露天 采动和地下采区复活叠加效应下的水平移动系数与单一 地下采动效应下的水平移动系数相对比,其比值大于4. 表4 同区域不同时期下沉速率mm/month 年度 57-66 79 80 81 82 83 84 85 86 87 平均速 7.2 2.7 1.7 1.1 2.4 0.8 4.3 6.6 6.6 7.0 率 年度 88 89 90 91 92 93 94 95 96 变形速率对比与开采扰 动关系 平均速 12.2 11.4 7.4 9.4 11.8 25.4 29.2 21.3 26.6 率 速率呈指数级增大,说 明再扰动作用诱发的活 化变形异常剧烈。 WWW.KY114.CN 露天开采再扰动作用 � 主要特点是水平移动系数比地下采动期水平移动系数大得多,且位于露天境 界线附近水平移动系数最大,由境界线向外依次递减。 � 同一测点不同时期、不同测点不同时期、因诱因和工程条件的变化岩体移动 方式上的存在本质性差别,由此其安全性及安全评价方法肯定存在差别。如 果忽略变化并继续沿用以往的评价方法,产生破坏性变形就不可避免。 WWW.KY114.CN 3 、结论 � 通过上述研究及其规律总结,可以得出如下几点 结论: � 1)地下采区的开采对边坡稳定性产生二次扰动 与破坏作用;同样露天开采对地下采区平衡体也 要产生扰动与破坏;相关的安全评价必须要考虑 WWW.KY114.CN 其相关工程环境的改变,并进行有针对性的研究 和评价。 � 2)扰动与破坏作用大小与两者的相对空间位置 相关;不同的空间位置关系其影响差异性非常 大,需要结合工程实际情况进行具体分析。 � � 3)两者的开采时序不同,破坏机制不同; 由此带来的安全性的差异也比较大,需要 考虑其记忆属性的变化。 WWW.KY114.CN 4)安全控制措施中应充分其差异性,合理 安排开采时序与路径关系,可以有效的控 制变形,由此才能保障其安全。 谢 谢! WWW.KY114.CN 请指正!


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