“矿山边坡稳定与滑坡防治”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“矿山边坡稳定与滑坡防治”专题

露天矿在开采过程中，边坡稳定与否直接制约着矿山的安全。滑坡是露天开采领域的重要隐患，由于岩土体性质的复杂性和影响因素的不确定性，即使严格按照规范设计，滑坡仍不可避免发生。它将造成设备损坏、生产中断及人员伤亡，严重影响工程进度及经济效益。随着矿山开采深度的逐渐增加，露天矿山边坡的高度、面积、维护时间都要相应大幅增加，不然，边坡滑落灾害将日益突出。因此，边坡的稳定性越来越成为我国矿山防灾的重点之一。

为便于大家了解“矿山边坡稳定与滑坡防治”领域的最新科技成果，小编整理了近3年《煤炭学报》该领域已刊发的论文，一起来看看吧！

行业视野: 安全
类别; 99个
关键词; 95位
专家; 20篇
论文; 17411IP
点击量; 14572次
下载量

降雨条件下内排土场浅层破坏与运动特征

作者(Author)：朱永东, 王雪冬, 孙延峰, 王翠, 刘光伟

摘要：降雨条件下内排土场易产生侵蚀和浅层滑坡，揭示浅层滑坡启动与运动特征是内排土场浅层滑坡机理研究的基础。以内蒙古元宝山露天煤矿内排土场为原型，根据相似理论进行物理模拟试验，研究内排土场浅层破坏特征。在考虑实际非饱和浸润层的基础上，推导改进的 Green-Ampt 降雨入渗模型和内排土场稳定性分析方程，并划分边坡稳定系数对雨水入渗深度的敏感程度阶段。借助离散元方法( MatDEM) ，构建降雨入渗与浅层滑坡模型，模拟内排土场降雨入渗和浅层滑坡的全过程，并从动力学角度探究浅层滑坡的破坏特征。研究结果表明:降雨入渗条件下，内排土场坡面侵蚀从溅蚀凹槽到径流或面流。随着雨水的进一步入渗，浸润峰以上土体开始整体失稳并呈浅层破坏特征。越趋于饱和的无黏性土体越易呈现颗粒流且越早滑动，从而表现为侵蚀现象。根据雨水入渗深度，内排土场稳定系数的变化可划分为高敏感、敏感削弱和低敏感 3 个阶段。降雨前期雨水主要以入渗为主，但随着雨水入渗深度的逐渐加深，水分运移路径也逐渐加大，降雨后期雨水的入渗速率也逐渐减低。浅层滑坡时，内排土场各层土体均呈现出运动速度迅速增加，并保持短时的快速运动，然后逐渐减小，最后逐渐趋于稳定的规律。滑坡表层、前缘土体的运动速度始终比底层、后缘高，滑动期间由势能转换来的大部分动能被滑带附近的摩擦所消散。持续的降雨会产生新的饱和层和浸润层进而使浅层滑坡持续发生。可以添加化工材料到坡表土来增加表层土黏性，进而降低浅层滑坡中的坡面侵蚀规模。应以较缓坡度对内排土场边坡进行堆积，这会有效地在浅层滑坡过程中降低滑坡体的动能积攒且增加滑坡体间的摩擦损耗。获得的内排土场稳定性分析方法与浅层滑坡运动特征可为内排土场防灾减灾工作的开展提供参考。

免费下载

煤炭学报

2022年第12期

211

659
近水平露天煤矿相邻采坑临时中间桥对边坡的支挡效应

作者(Author)：王东, 梁祖超, 李广贺, 李雪健, 周志伟

摘要：露天煤矿分坑开采时，临时中间桥的合理布设与拆除对于控制边坡稳定性极为重要。为解决多坑并行剥采时，边坡与中间桥的动态协同设计难题，实现矿山安全生产和经济效益兼顾，对中间桥支挡效应的定量表征方法与该种效应下的边坡稳定性计算方法进行研究。将中间桥视为一种特殊的边坡支挡结构，在构建边坡与中间桥三维力学模型的基础上，结合中间桥与边坡的相对位置以及自身的空间形态，将中间桥沿边坡倾向划分为 3 个区域，基于摩尔-库伦抗剪强度理论，分区推导了中间桥三维支挡效应的数学表达式，从理论上揭示了中间桥支挡效应与其断面面积及体积的定量关系;由中间桥三维支挡效应产生的实质出发，应用合并同类项方式，提出了中间桥三维支挡效应的二维等效方法，实现了等效黏聚力 cd 与等效内摩擦角 φd 的定量表征，阐明了中间桥空间形态参数对支挡效应及边坡稳定性的影响规律。研究结果表明:I区等效黏聚力 cd 即为中间桥底界面的黏聚力 cj ，II区和III区等效黏聚力 cd 与中间桥底宽 d 呈正相关一次函数关系，各区域等效摩擦因数 tan φd 均与中间桥底宽 d 呈正相关一次函数关系，与桥高 h、底角 α 的余切呈负相关一次函数关系;工程示例中边坡稳定系数 Fs 随中间桥桥高 h、底角 α 增大而增大，上升梯度逐渐减小，且与底宽 d、桥长 b 呈正相关一次函数关系。成果可应用于露天煤矿中间桥形态参数的动态优化设计以及中间桥支挡作用下的边坡稳定性治理。

免费下载

煤炭学报

2022年第09期

271

364
地震作用下 NPR 锚索固坡效应振动台试验研究

作者(Author)：陶志刚, 王璇, 郭爱鹏, 陈佳钰, 舒昱

摘要：为研究恒阻大变形(NPR)锚索在地震作用下的吸能特性和动力响应规律，总结地震作用下无支护边坡发生破坏的一般规律，利用振动台开展地震条件下无支护边坡以及 NPR 锚索支护边坡的振动台对比试验。结果表明:相同工况下经过 NPR 锚索支护后的边坡变形破坏情况以及岩土体的破碎程度与无支护边坡相比改善显著，NPR 锚索支护边坡的最终破坏程度也远低于无支护边坡，表明 NPR 锚索在地震作用下具有良好的吸能特性，能够通过吸收地震释放能量的方式增强边坡的整体性，降低坡体破坏程度，为边坡提供有效支护;分析 NPR 锚索在试验全程的轴力变化情况，发现在地震惯性力的反复作用下，锚索内恒阻结构产生疲劳效应导致轴力下降，随着施加振动荷载强度不断提高，轴力下降到一定数值后便不再发生明显变化，可认为在地震作用下 NPR 锚索的锚固特性始终存在，仍能对边坡提供有效支护;分析同一工况下 NPR 锚索支护边坡与无支护边坡各测点 PGA 放大系数的变化趋势，发现 NPR 锚索用于边坡支护工程中时，可以很好的限制坡体变形，对于滑坡位移具有一定的控制能力;根据试验现象及动力响应分析，将地震作用下无支护边坡破坏过程分为 3 个阶段:张拉裂缝产生及坡顶松动阶段，裂缝持续发展阶段，滑动面贯通坡体崩塌溃坏阶段。

免费下载

煤炭学报

2022年第09期

204

709
实时低温条件下露天矿饱和损伤煤系砂岩动态力学特性及其破坏机制

作者(Author)：陈彦龙, 崔慧栋, 李明, 浦海, 刘福明, 张连英

摘要：我国许多大型露天煤矿都地处新疆等西部高寒地区，低温环境下边坡岩体中的自由水发生冻结，对损伤岩体的宏微观结构将产生显著影响，使岩体的力学性能进一步劣化，进而诱发大规模滑坡等地质灾害。因此，开展含有初始损伤的饱和煤系岩石在低温条件下的动态力学特性及破坏机制研究，对寒区露天煤矿边坡稳定及安全开采具有重要意义。利用实时低温分离式霍普金森压杆（LT-SHPB）试验系统，对含初始损伤的含水饱和露天煤系砂岩开展了低温冲击加载试验，并结合扫描电镜观测，对其动态力学特性及细观断裂机制进行了系统研究。研究结果表明：① 随着冲击速度(强度)的提高，砂岩动态抗压强度、弹性模量及峰值应变均快速增大，表现出显著的冲击强化效应；同时，在固定冲击强度下，抗压强度与弹性模量随初始损伤呈逐渐减小的趋势，的损伤弱化特性显著，而峰值应变则表现出损伤强化特征；② 冲击载荷作用下砂岩破坏程度随着初始损伤及冲击速度的增大逐渐提高，破坏形式呈现出由张拉破坏向粉碎性复合破坏的转化特征；③ 较常温环境，低温环境下含水饱和损伤砂岩发生显著的冻胀作用，细观上表现为砂岩内部缺陷尺度与缺陷数量增多，这是砂岩动态力学特性产生劣化的根本原因；④ 砂岩动态破坏形式主要表现为脆性破坏，而在较高初始损伤下，砂岩内部出现了细观韧性断裂形貌，局部韧性断裂显著，当砂岩损伤值由0%增加到50.26%，砂岩脆延性系数均呈现出快速增大的变化特征，表明其动态断裂模式呈现出从脆性破坏向韧性破坏的发展趋势。

免费下载

煤炭学报

2022年第03期

633

827
采动-裂隙水耦合下含深大裂隙岩溶山体失稳破坏机理

作者(Author)：熊飞, 刘新荣, 冉乔, 李滨, 钟祖良, 杨忠平, 周小涵

摘要：岩溶坡体裂隙对山体的稳定性起到了控制作用。为研究采动和裂隙水作用下含深大裂隙岩溶山体的失稳破坏机制，依托贵州纳雍普洒“8·28”特大崩滑案例，在现场调查的基础上，分析了山体崩滑特征，采用离散元UDEC数值模拟，研究了地下开采和裂隙水渗流耦合作用下含深大裂隙岩溶山体的变形破坏过程和失稳机制，分析了采动诱发含深大裂隙山体的破坏特征，讨论了裂隙水渗流对采动山体变形的作用规律。结果表明，采动对坡体变形的影响是一个随开采不断调整的过程，随开采进行，坡体变形由坡体整体下沉转变为坡体中部临空挤出。岩溶山体的深大裂隙对坡体的变形和破坏起控制作用，其中延伸最长的主裂隙决定了坡体的破裂演化形式。坡体破坏时，坡顶岩体沿主裂隙向下滑移，挤推中、下部坡体，在中、下坡体内形成潜在滑面，潜在滑面向主裂隙底部扩展并贯通。采动作用下含深大裂隙岩溶山体的整体失稳破坏过程为：坡体沉陷变形—坡顶向坡内倾倒—主裂隙闭合—坡体上部沿主裂隙滑移—主裂隙开裂—坡体中部挤出—中、下部岩体破碎—潜在滑面贯通—崩滑形成。地下开采前，裂隙水是引起坡体变形的主要因素，但对坡体稳定性影响不大。开采后，采动对坡体的变形起主导作用，水力对坡体变形和破坏的贡献取决于开采阶段。随着开采的进行，开采对坡体的扰动强度先增加后减小，水力促进坡体变形的作用也先增加后减小。开采扰动越强烈，水力作用越显著，反之水力作用越弱。

免费下载

煤炭学报

2021年第11期

766

1248
端帮采场覆岩移动破坏规律及边坡稳定控制方法

作者(Author)：丁鑫品, 李凤明, 付天光, 李磊

摘要：受工艺和安全因素限制，我国露天煤矿端帮边坡角较缓，正常情况下仅为20°~35°，全国范围内数十亿吨的煤炭资源被端帮边坡压滞，随着内排及复垦工作的完成，这些压滞资源多数将无法回收。随着煤炭资源的日益减少和采矿技术的不断进步，煤炭开采逐渐由易采资源开采向深部资源和复杂难采资源开采过渡，露天矿端帮压煤及残煤回收逐步得到重视。工程实践表明，端帮采煤机开采技术是一种快速灵活、安全高效、经济环保的露天矿端帮压煤开采工艺，该技术的实质是在边坡下部煤层出露位置沿煤层施工一系列垂直于边坡走向的巷硐，开采全程无支护，通过各巷硐之间保留的支撑煤柱来支承上覆岩土体重量，致使“露采”和“巷采”2种开采方式的采动效应相互叠加、相互影响，最终形成了一个动态的空间形态多元化的复合系统，一旦支撑煤柱发生破坏，很可能诱发煤柱群的连锁失稳，从而导致端帮采场的大面积滑坡。因此，端帮采场安全的重要性不言而喻，而支撑煤柱和采场边坡的稳定性问题是保证端帮采场安全的关键。针对以上问题，以鄂尔多斯地区端帮采煤为背景，综合考虑“露采”与“巷采”2种采动效应叠加对边坡稳定的影响，构建了近水平条件下端帮采场岩土体变形破坏的3DEC数值分析模型，模拟研究了端帮压煤开采全过程采场覆岩的变形移动和应力分布规律。研究结果表明，根据岩土体移动变形特征，可以将采动边坡变形破坏过程划分为表生改造、结构改造、时效变形和最终失稳(稳定)4个阶段，结构改造阶段是边坡发生变形破坏的关键阶段，边坡上部区域是端帮采场边坡发生变形失稳的关键区域，可能的失稳模式为散体物料内部的圆弧滑动或沿软弱岩层的顺层滑动。通过研究，揭示了巷道群上覆岩体“扩大压力拱”的形成过程及其演化规律，提出了基于巷间煤柱合理留设的端帮采场覆岩稳定控制方法和永久隔离煤柱尺寸参数的确定方法，结合数值分析与工程实践，对理论公式的适用性进行了验证。

免费下载

煤炭学报

2021年第09期

738

488
软硬互层岩体结构面宏细观剪切力学特性

作者(Author)：刘新荣, 许彬, 周小涵, 易立, 曾夕, 王继文

摘要：针对“软+硬”和“硬+软+硬”组合形式下的2类典型软硬互层岩体结构面，通过开展恒定法向压力下的室内直剪试验和PFC2D细观模拟，研究了不同含水率、法向压力及一阶起伏角下结构面的宏细观剪切力学特性，据此提出了其剪切强度估算公式并进行了算例验证分析。研究表明:① 结构面剪切应力(法向位移)随剪切位移的变化具有显著阶段性发展特征，即第1类结构面历经初始非线性压剪变形、应力稳定增长压剪变形和应力陡升-脆落塑性压剪变形3个阶段，第2类结构面历经初始非线性压剪变形、应力陡-缓升压剪变形和应力恒定塑性压剪变形3个阶段;② 2类结构面的峰值(残余)剪切强度和峰值剪切位移均随含水率增加而减小(最大法向位移则增大);2类结构面的峰值(残余)剪切强度和峰值剪切(最大法向)位移均随法向压力增加而增大;第1类结构面的峰值剪切强度随一阶起伏角增加而增大(残余剪切强度则先增大后减小)，第2类结构面的峰值(残余)剪切强度随一阶起伏角增加而增大，且2类结构面的峰值剪切位移总体上均随一阶起伏角增加而减小(最大法向位移则增大);③ 2类结构面的细观损伤裂纹数量(能量)随剪切位移的变化均可划分为3个发展阶段，即初期微增、中期近似“下凹弧形”陡增和后期近似线性缓增(裂纹数量)以及初期微增、中期近似“上凹弧形”缓增和后期近似线性陡增(能量);④ 宏观试验结果与PFC2D细观模拟结果吻合较好，统一概化描述了结构面宏细观损伤劣化机理，并将第1类和第2类结构面的典型破坏模式分别概括为压剪-起裂破坏、错动-脱空破坏和贯通-啃断破坏以及压剪-起裂破坏、磨损-啃断破坏和贯通-滑移破坏各3种基本类型;第1类和第2类结构面的细观损伤颗粒分别近似呈“倒U形”和“S形”分布于剪切面附近，且颗粒间接触力倾角于0°~90°内时损伤颗粒数量分布最多;⑤ 着重考虑硬性岩层起伏度的影响，提出了2类结构面的剪切强度估算公式，并采用极限平衡法和强度折减法对含典型结构面的边坡算例进行了稳定性分析，验证了该公式的合理性。

免费下载

煤炭学报

2021年第09期

836

740
暴雨作用下排土场平台-边坡系统土壤侵蚀过程模拟研究

作者(Author)：吕刚, 李叶鑫, 宁宝宽, 魏忠平, 王道涵

摘要：煤炭开采过程中会形成平台岩土紧实、边坡高陡松散的排土场，是露天煤矿土壤侵蚀最为严重的区域。排土场紧实平台的汇流作用是坡面径流侵蚀的主要动力，平台前缘出现的土体裂缝更是为地表径流涌入排土场提供优先路径，极大程度地增加排土场崩塌、滑坡、泥石流等水土流失灾害发生的可能性。研究降雨和微地形对排土场平台-边坡系统土壤侵蚀的作用机制可为露天煤矿排土场水土流失防治提供科学依据。本文以内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市大唐国际胜利东二号露天煤矿南排土场为研究对象，利用相似模拟原理和土体裂缝等效模型建立排土场平台-边坡室内模型，采用人工模拟降雨试验研究不同降雨强度（90、120、150 mm/h）和土体裂缝深度（5、10、15、20 cm）条件下排土场平台-边坡系统土壤侵蚀演变过程、产流产沙特征和侵蚀沟形态特征。结果表明：排土场平台-边坡系统土壤侵蚀演变过程分为土壤溅蚀与面蚀、裂缝充水与坍塌、细沟侵蚀、裂缝贯穿、坡肩垮塌和稳定阶段6个阶段，土壤侵蚀过程是水力侵蚀和重力侵蚀共同作用的结果。当裂缝深度为5、10、15、20 cm时，排土场径流量依次为23.41、58.70、35.24、75.95 L，侵蚀量依次为3.79、19.66、23.01、34.57 kg；随着降雨强度的增大，径流量和侵蚀量均增大；当降雨强度为90 mm/h、裂缝深度为10 cm时，排土场在侵蚀前期形成泥流，其含沙量高达1.03 kg/L。排土场平台-边坡系统径流量和侵蚀量是土体裂缝和降雨强度共同作用的结果，其交互作用与径流量和侵蚀量达到显著和极显著水平。不同降雨强度和裂缝深度条件下，各时段土壤侵蚀量依次为对照的1.94~4.56、2.07~63.19、4.98~34.54、5.84~53.98、6.31~74.64、38.78~176.25倍，呈现多峰多谷的变化规律。随着降雨强度和裂缝深度的增大，排土场侵蚀沟数量减少，侵蚀沟长度、宽度和深度增大，溯源侵蚀越严重。

免费下载

煤炭学报

2021年第05期

1051

636