最新成果丨王东教授：露天开采潜在滑体受限空间下三维稳定性算法研究

露天开采潜在滑体受限空间下三维稳定性算法研究

作者

王东¹, 邢晓宇¹, 尹立¹, 王守功², 孔令伟², 孟翔宇¹

单位

1. 辽宁工程技术大学矿业学院；
2. 内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限公司

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摘要

针对露天矿横采作业中端帮边坡潜在滑体空间受限，传统边坡稳定性计算方法不再适用的问题，采用数值模拟方法研究采场深部边坡潜在的滑坡机理，拟合潜在滑体中坡面和滑面的空间形态方程，基于三维极限平衡条形划分方法，将滑体底面沿横纵方向划分单元微条柱，分析微条柱在滑体与坡顶线空间位置不同区域的受力情况，运用等效思想，将每行微条柱的力学效应叠加，等效到滑体主滑线上的微条柱，对应获得主滑线条柱底界面上的等效抗剪强度参数，从而建立限制滑体边界的三维稳定性等效算法，并进行工程应用，设计回采煤炭资源。结果表明：含弱层边坡的潜在滑坡模式为切层−顺层组合滑动，潜在滑面的空间形态为近似椭球面与倾斜平面的组合；边坡三维稳定性系数随着潜在滑体走向受限长度的增大而逐渐减小，呈现近似二次抛物线关系；在潜在滑体受限空间条件下，计算多种滑坡模式的边坡稳定性，不同边坡角对应的三维稳定性系数均大于二维稳定性系数；实际设计回采深部煤台阶时，随着+843平盘宽度不断减小，边坡稳定性随之减小，当局部边坡角为25.58°时，刚好满足安全储备系数1.2要求。相较于常规边坡稳定性分析方法，本研究方法更能反映受三维夹持支挡效应下的边坡三维稳定性，可为该类边坡安全评估方法提供新思路。

文章目录

0 引言

1 南帮深部边坡潜在破坏机理

1.1 工程地质概况

1.2 岩土体参数及安全储备系数选取

1.3 边坡潜在破坏机理分析

2 边坡稳定性三维等效算法

2.1 建立潜在滑面空间形态方程

2.2 单元条柱受力分析

2.3 等效物理力学参数

2.4 边坡稳定系数计算

3 工程应用

3.1 边坡二维与三维稳定性算法对比分析

3.2 设计回采+843 m煤台阶

4 结论

部分附图

图 1 工程地质模型

图 2 数值模型

图 3 模拟计算结果

图 4 边坡滑面示意

图 5 潜在滑面分区

作者简介

王东

教授

博士生导师

王东，1978年生，辽宁沈阳人，教授，博士生导师。现任辽宁工程技术大学副校长，入选自然资源部高层次科技创新人才工程科技领军人才、辽宁省学术头雁、“兴辽英才计划”领军人才、辽宁省“百千万人才工程”百层次人选、内蒙古自治区“草原英才”工程人选(柔性引进)等，兼任中国矿山安全学会常务理事、中国煤炭教育协会理事、中国煤炭学会露天开采专业委员会副秘书长，《中国安全科学学报》《煤矿安全》《露天采矿技术》等期刊编委，曾获辽宁最美科技工作者、辽宁省优秀科技工作者等荣誉称号。

研究方向

主要从事露天开采与边坡工程、地质灾害防控等方面研究

主要成果

首创了非规则形态与特殊结构边坡稳定性分析方法体系，提出平面曲线形、折线形、几字形与含地下空区4类边坡稳定性计算新方法，丰富了露天矿边坡三维稳定性分析理论与方法。创建了倾斜煤层露天矿深部强排陡帮边坡稳定控制开采技术体系，建立了兼顾空间形态、尺寸与时间效应的边坡“四维”设计方法和内排空间利用最大化的排土线布置方法，创新了露天矿开采与边坡设计理论。率先阐明了静载条件下露天矿单一煤层边帮开采支撑煤柱与边坡互馈机制，建立了煤柱失稳判据、失效判据，提出了支撑煤柱与边坡参数协同设计方法，构建了端帮开采支撑煤柱与边坡协同设计的基本理论框架。创建了软弱倾斜基底排土场稳定性控制技术体系，提出了排土场基底承载力计算方法、空间形态优化方法及周边设施安全距离确定方法，完善了排土场设计理论与稳定性控制技术。创立了滑坡预警的随机分析理论与方法体系，提出了基于假设检验原理的边坡临滑时刻识别方法，首创了具有普适性的滑面超前辨识与滑坡分级预警方法，为露天矿实施滑坡预警提供了决策性依据。主持国家自然科学基金项目3项、省部级纵向项目和企事业委托横向项目40余项，其中2000万元以上重大横向项目1项、400万元~2000万元大型横向项目6项。学术成果方面，以第一作者发表学术论文60篇，其中SCI/EI收录13篇；出版专著5部；授权发明专利15项，转化2项。多项成果达国际领先水平，主持获省部级科技进步一等奖4项、二等奖1项、三等奖1项，成果在国内外50余座露天矿得到成功推广，累计创造经济效益超过百亿元。

引用格式

王东，邢晓宇，尹立，等.露天开采潜在滑体受限空间下三维稳定性算法研究[J].煤炭科学技术，2025，53（1）：133−144.
WANG Dong，XING Xiaoyu，YIN Li，et al. Research on 3D stability algorithm of potential sliding body in surface mining in confined space[J]. Coal Science and Technology，2025，53（1）：133−144.

策划：朱恩光

责编：宫在芹

编辑：李莎

审核：常琛