露天矿端帮采场覆岩运移规律与边坡稳定控制方法研究

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受工艺与安全等因素限制,我国露天矿边帮压煤数量巨大,随着内排及复垦工作的完成,这些压滞资源多数将成为永久损失。如何在保证边坡安全稳定的前提下实现边帮压覆资源的高效开采,已经成为现阶段我国采矿技术发展所面临的一项重要课题。本文以鄂尔多斯地区和平朔矿区典型露天矿端帮煤开采为工程背景,综合运用现场实测、数值模拟、模型实验和理论分析等方法与手段,针对端帮采场覆岩运移规律与边坡稳定控制方法开展了比较系统的研究,取得了如下主要研究成果:(1)以鄂尔多斯地区德隆露天矿首采区西帮压煤开采为背景,开展了端帮采场岩体结构破坏过程及边坡稳定性演化规律研究,揭示了“采硐群应力场”与“边坡应力场”耦合作用下端帮采场岩体结构破坏过程及其强度性质弱化规律,提出了基于岩体结构面不接触测量、Monte-Carlo随机模拟、Hoek-Brown岩体强度折减与数值分析相结合的端帮采场边坡稳定动态评价方法。(2)研制了端帮煤开采二维/三维一体化模拟实验装置,构建了近水平条件下端帮煤开采诱发煤柱破坏及边坡失稳研究模型,模型实验与数值分析相结合,模拟了端帮采场“采硐群形成—支撑煤柱破坏—边坡岩体失稳”过程,揭示了支撑煤柱及上覆岩体的受力与变形规律,探明了端帮采场滑坡动态灾变过程与发生机理。(3)构建了端帮采场“煤柱—顶板”系统简化模型、煤柱竖向荷载分布模型和“采硐—围岩”力学分析模型,提出了煤柱峰值应力和塑性区宽度计算方法,建立了端帮采场支撑煤柱稳定判别准则,为支撑煤柱合理留设提供了理论依据。(4)建立了关键因素对端帮采场边坡移动变形影响研究模型,通过对比分析研究,揭示了煤柱宽高比、整体边坡角、采硐深度和充填开采等因素对支撑煤柱及采场覆岩稳定性的影响规律及其差异性。(5)提出了基于探入式开采参数合理留设的端帮采场覆岩稳定控制方法,选取平朔矿区安太堡露天矿南帮东部区域9号煤层压煤开采为工程实例,进行了回采参数的合理性研究,采用边坡稳定动态评价和地表变形监测相结合的方法验证了研究成果的可靠性。
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