“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
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专家; 20篇
论文; 17411IP
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不同倾角岩体结构面在循环动力扰动下的力学特性

作者(Author)：于永江, 刘峰, 岳宏亮, 张伟, 张仕鹏, 王鹏博

摘要：为了研究大型硐室或边坡中不同倾角岩体结构面在动力扰动下的变形特征和破坏机理，采用微控电液伺服疲劳试验机对不同倾角结构面岩石进行不同振幅的周期性动力扰动力学试验，实验结果表明:动力扰动下结构面岩石试件发生破坏时产生大量的沿着轴向发展的竖向裂纹，随后结构面岩石试件碎裂成相对较薄的片状或条状碎屑，在宏观上表现出沿着结构面倾向膨胀;每次加、卸载的应力应变曲线都会形成一条封闭的滞后环曲线，且该曲线总体呈现出疏-密-疏3个阶段的特征;在结构面岩体倾角一定时，滞后环曲线的面积及岩体的变形模量随着扰动应力幅值的增大而增大，表明扰动振幅增加使得扰动岩石在每个循环周期中内部积聚更多可消耗的能量，用于矿物颗粒之间的黏滑消耗以及原有微裂纹的增生和新裂纹的产生，导致岩石达到破坏所需的累积不可逆变形总量会降低，劣化试件的抗载性能;当扰动应力幅值一定时，滞后环曲线的变化幅度随着结构面岩体倾角的逐渐增大而增大，岩体的变形模量随之减小，岩石的阻尼比呈现先减小，然后稳定，再增大的趋势，反映了岩石中裂隙从初始变形(空隙压密)到等速变形(微破裂稳定发展)到加速变形(裂隙贯通)后整体破坏的过程;结构面岩石试件发生破坏的扰动应力幅值存在一个可用静载荷和结构面倾角进行确定的扰动阈值，当扰动应力幅值＜扰动阈值时，随着循环加卸载周期的增大，塑性应变值趋于稳定值，结构面岩石未发生破坏，岩石塑性应变积累值与扰动循环加载次数符合负指数函数，反之，当扰动应力幅值＞扰动阈值时，岩石塑性应变积累值与扰动循环加载次数的关系符合朗之万函数逆函数，对这2种函数中待定参数值变化对损伤曲线簇的影响规律分析，确定了该函数中待定参数的物理意义，并通过不同振幅循环加卸载条件下不同倾角结构面岩石内部能量变化过程分析，揭示了结构面岩石在循环荷载作用下的能量破坏机制。

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煤炭学报

2020年第11期

862

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卸荷条件下不等长共线双裂隙相互作用规律分析

作者(Author)：王建明, 王延廷, 陈忠辉, 周子涵

摘要：岩质边坡岩体内普遍存在不连续裂隙，边坡开挖卸荷诱发裂隙扩展贯通是导致滑坡失稳的主要因素。为探究卸荷条件下边坡岩体内裂隙扩展机制和相互作用规律，基于经典Kachanov法和叠加原理，推导了卸荷条件下一对不等长共线裂隙尖端应力强度因子表达式。定义了应力强度因子比F(双裂隙存在时与单裂隙存在时裂隙尖端应力强度因子比)，通过F值的大小分析了裂隙倾角、间距和长度对裂隙间相互作用的影响规律。进行了类岩石材料双轴卸荷实验，类岩石材料由425号普通硅酸盐水泥、标准砂、水按质量比1∶2.35∶0.5配制而成，实验在MS-500型三轴冲击岩爆试验系统上进行。结果表明:① 裂隙倾角对裂隙间相互作用无影响;② 裂隙间距开始大于任一裂隙长度时，该裂隙几乎不影响另一裂隙扩展;③ 裂隙长度大于裂隙间距时，该裂隙开始影响另一裂隙扩展。裂隙长度小于裂隙间距时，该裂隙几乎不影响另一裂隙扩展;④ 试件轴向起裂和峰值荷载随着裂隙间距的增大而增大。理论计算和实验所得裂隙起裂角及起裂位置基本一致，验证了理论计算结果的可行性与合理性。本次研究没有考虑裂隙充填对裂隙间相互作用规律的影响，且仅限于共线双裂隙间相互作用的探讨，后续研究将在考虑裂隙充填情况下，继续探讨共线三裂隙以及多裂隙间相互作用规律。

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煤炭学报

2020年第11期

915

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北方草原区露天煤矿外排土场平台土体裂缝形态特征

作者(Author)：李叶鑫, 吕刚, 王道涵, 刁立夫, 李朝辉, 董亮, 杜昕鹏

摘要：煤炭资源的开采不仅能够带来经济的快速发展,也会产生严重的生态环境问题,其中以露天开采最为严重。频繁不合理的采矿活动破坏土地资源,诱发矿区地质灾害。土体裂缝是煤矿区地质灾害中最直观的一种,也是危害最大的一种,其数量多、分布广、危害重,严重影响矿区生态安全。土体裂缝的产生极大程度地影响着排土场地表径流、入渗、蒸发等水文循环过程,也增加排土场泻溜、崩塌、滑坡等水土流失灾害发生的可能性。研究排土场平台土体裂缝形态特征可为认识矿区水分快速运动、植被恢复与重建提供科学依据。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,通过现场调查、野外试验、室内分析、图像处理等研究方法,系统地研究北方草原区露天煤矿外排土场平台土体裂缝形态规律及其分形特征。结果表明:排土场平台土体裂缝发育严重,多为直线型,走向平行于等高线,集中在排土场平台前缘5 m 内;排土场平台土体裂缝长度主要集中在0 ~ 500 cm,占80% 以上;土体裂缝宽度在4.3 ~ 40.4 cm,深度在5.7 ~55.3 cm。土体裂缝尺寸的差异较大, 但可以根据裂缝宽度W 将其划分为小裂缝( W<15 cm)、中裂缝(15 cm<W<30 cm)和大裂缝(W>30 cm)3 个等级;GFⅠ,GFⅡ,GF Ⅲ裂缝宽度依次为9.85,2.86,5.77 cm,各裂缝之间差异显著( P<0.05)。GFⅠ,GFⅡ,GF Ⅲ裂缝深度依次为29.00,30.67,28.67 cm,各裂缝之间无显著差异(P>0.05)。随着裂缝宽度不断扩张,松散的砂质壤土会在裂缝开裂过程中坍塌而回填裂缝,影响裂缝深度。裂缝宽深比与裂缝深度之间具有较好的幂函数关系,两者达到极显著水平( P<0.001)。GFⅠ,GFⅡ,GF Ⅲ分形维数为1.437,1.240,1.309,回归方程的决定系数为0.986 ~ 0.994,P<0.001,排土场土体裂缝分布具有明显的自相似性。分形维数越大,裂缝的形态特征越复杂,对土壤及植被的扰动作用也越大。

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煤炭学报

2020年第11期

845

581
降雨条件下全段高排土场边坡稳定性实验研究

作者(Author)：陶志刚, 李华鑫, 曹辉, 庞仕辉, 王贺

摘要：露天矿排土场主要面临着滑坡和泥石流的严重威胁，排土场稳定性问题不仅是一个安全问题也是一个经济问题。堆载和降雨是影响排土场稳定性最重要的2个因素，但目前精准、高效的排土场滑坡监测预警一直是一大难题，亟待开展相关方面的研究。针对以上问题，以辽宁本溪南芬露天铁矿Ⅱ号全段高排土场为研究对象，以监测光纤组成监控网对Ⅱ号全段高排土场的相似物理模型开展堆载及降雨模拟实验。结合不同堆载条件下排土场变形的数值模拟和降雨影响下模型材料的电镜扫描结果，以物理、数值模拟及宏观、微观多重手段相交叉融合的方式进行不同堆载和不同降雨条件下排土场不同位置的变形分析，得出排土场变形与堆载增量呈正相关，但深度的增加使边坡变形敏感度降低;与单位降雨时长呈正相关，但随着降雨总时长推移排土场发生排水固结，变形量减小使得二者呈负相关的时空演化规律。数值模拟计算结果显示堆载作用下排土场边坡形成贯通滑动面的过程;微观分析结果表明排土场边坡在降雨影响下泥质胶结材料冲刷流失，颗粒间接触力减小，排弃物间隙变大形成潜在滑动面。堆载增加使降雨在边坡内部产生的潜在滑动面扩大最终形成贯通的滑动面。结合物理模型实验结果对滑动面进行精准定位，最后依据室内物理模型实验和数值分析结果，建议使用光纤传感技术作为排土场边坡变形失稳的监测手段

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煤炭学报

2020年第11期

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基于加权D-S证据理论融合多域特征的岩体失稳预测方法

作者(Author)：罗小燕, 占鹏飞, 黄祥海, 邵凡

摘要：岩体失稳预测是保障采矿安全生产的重要手段，由于岩体在力学性质上存在非线性、非均匀性、非连续性、各向异性等特点，导致岩体内部状态难以描述，建立在传统单一物理量监测基础上的岩体稳定性评价方法难以满足要求。根据声发射现象的不可逆性，通过采集到岩体失稳所释放的声发射信号就可以获得其岩体内部结构变化的实时状态。因此，基于D-S证据理论，提出一种基于加权D-S证据理论融合多域特征的岩体失稳预测方法。在实验室条件下，以红砂岩为实验对象采用RMT-150C 型岩石力学试验系统进行单轴压缩试验，采集岩体失稳声发射信号，提取岩体失稳声发射信号的多域特征参数，通过敏感特征评价方法，筛选出岩体失稳各阶段的敏感特征参数，将多域敏感特征参数作为证据源，分别经遗传算法优化的BP神经网络预测模型进行初步预测，并将输出结果采用后验概率建模方法计算出各证据的基本概率分配函数，再引入相似性测度优化基本概率分配函数，最后利用加权D-S证据理论建立多域特征融合预测模型。实验结果表明:通过加权D-S证据理论将多域特征信息进行决策级融合，能够有效提升岩体失稳预测模型的准确率;采用多域特征参数取代单一特征参数的方法，为预测模型提供更可信的信号来源;随着融合的特征参数越多，预测模型的准确率越高;采用加权思想引入相似性测度对基本概率分配函数进行改进，能够有效消除高冲突证据导致传统D-S证据融合算法融合失效的问题。

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煤炭学报

2020年第10期

938

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天-空-地协同的露天矿边坡智能监测技术及典型应用

作者(Author)：刘善军, 吴立新, 毛亚纯, 贺黎明, 王植, 许志华, 魏恋欢, 杨泽发

摘要：露天开采是我国矿产资源开采的主要形式之一，长期高强度、大规模开采形成了众多高陡边坡，由此带来的边坡失稳及灾害现象十分严重，对其进行有效监测和灾害预警，是边坡治理、安全保障和绿色矿山的关键。由于大型露天矿山地形复杂、观测条件困难、影响因素众多，传统的、单一的监测手段均难以奏效。在讨论智能监测相关概念的基础上，介绍了露天矿边坡智能监测的思想、内容和内涵;指出大型露天矿边坡智能监测的核心是天-空-地多平台多模式协同观测，包括时间协同、空间协同、参数协同和智能分析;介绍了目前大型露天矿边坡智能监测的 7 项关键技术，即导航卫星 GNSS 在线监测技术、雷达卫星InSAR 监测技术、光学卫星高分影像监测技术、无人机与TLS 联合监测技术、地基红外热像监测技术、顾及大气折光的测量机器人监测技术、基于 WiFi 的监测信息多终端显示技术。这些手段不仅要强调监测仪器的先进性、鲁棒性和精度，更要发挥多手段的时空互补性和过程协同性，而稳定可靠的通讯网络、快速自动的数据处理和智能综合的分析模块，是实现矿山滑坡智能监测和智能应急的关键。最后，以辽宁抚顺西露天煤矿特大滑坡、鞍钢鞍千铁矿大型排土场和鞍钢弓长岭铁矿滑坡的天-空-地协同观测为典型案例，介绍了适合不同矿山特点和任务需求的露天矿边坡智能监测技术方案及其取得的实效。

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2020年第06期

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露天矿边坡稳定性智能评价研究现状、存在问题及对策

作者(Author)：杨天鸿, 王赫, 董鑫, 刘飞跃, 张鹏海, 邓文学

摘要：在收集整理国内外相关资料的基础上，从露天矿边坡稳定性智能感知手段、智能评价预测方法、智能决策技术等方面总结了露天矿边坡稳定性智能评价研究现状，分析露天矿边坡工程的特点，指出当前露天矿边坡稳定性智能评价研究存在的问题，提出“位移时间序列阈值、力学机理分析、案例分析及专家系统诊断”三位一体的边坡稳定性智能评价的学术思路，认为露天矿边坡稳定性智能评价研究发展趋势为:首先，建立边坡灾害案例和多因素多模式智能识别数学模型，采用深度学习和大数据分析方法进行案例类型聚类、要素识别和模式匹配;其次，通过力学机理计算评价，识别隐患区确定滑坡隐患触发因素和条件;然后，基于案例模式匹配结果建立监测预警指标体系和预警阈值，构建案例库知识库和专家系统并实现智能决策;最后以大孤山铁矿西北帮滑坡为例，基于力学计算给出边坡安全系数变化规律，同时结合滑坡案例库的匹配结果，确定现场数据时序曲线指标阈值(位移累积量、位移速率)，从而科学合理的给出预警警情判别结果，通过云平台实现数据分析、现场模型可视化和预警发布及滑坡诊断。该案例初步验证了三位一体边坡稳性智能评价学术思路，为实现露天矿边坡稳定性智能评价提供了有效手段。

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煤炭学报

2020年第06期

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1765

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基于系统聚类-加权马尔科夫耦合模型滑坡预警方法研究与应用

作者(Author)：王东, 杜涵, 王前领

摘要：滑坡的非线性运动规律及演化过程中表现出的随机性态一直是滑坡灾害预测研究的难点之一。针对现有滑坡预警理论与方法仍存在的可信度较低、错误率高及预警不及时等问题，基于马尔科夫链理论和系统聚类基本思想，视滑坡过程中的位移速度演变为马尔科夫过程，运用聚类分析将GPS速度观测信号转换为状态信号，从随机过程角度对滑坡位移加速度a>0这一滑坡判据进行了新的描述。认为当监测获得的前日、当日位移速度以及预测获得的次日位移速度状态均为“异常”，且动态样本的位移速度均值和标准差持续增大时，预示着滑坡即将发生;在兼顾应规避滑坡预警滞后性的同时，还考虑了预警模型的降噪能力及可信度等3方面需求，提出了以预警区域敏感度、预警正确率与预测共识率为评估函数来检验滑坡预警模型的正确性和有效性，进而提出了系统聚类-加权马尔科夫链耦合滑坡预警方法;结合平庄西露天煤矿顶帮“4·17”滑坡工程实例，以GPS表面位移监测数据为训练集和测试集，对该滑坡预警方法的合理性进行了验证。研究表明:采用该滑坡预警方法，不仅可及时、准确的确定滑坡预警时刻，还可体现滑坡启动、发生、发展在区域上的动态演变过程;对于平庄西露天煤矿的“4·17”滑坡，最佳样本容量为20，此时的平均7 d预警敏感度为84%，对全部监测点的期望预警正确率为93%，平均预测共识率为76%，能够满足工程需要。

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