露井联采条件下边坡稳定性评价研究
|
摘要
中国是世界上鲜有的以煤炭作为主要能源的国家之一，近年已超过了世界总产量的三分之一，与煤炭生产相关的生产事故十分突出。随着煤炭资源绿色开采、高效开采理念的提出和国产设备和放顶煤开采技术水平的提高，露井联采方式日益成为目前浅埋煤层高产、高效矿井的主要开采方式。露井联采模式下，露天与井工之间的相互扰动，对露天边帮的破坏程度，范围等具有很大的影响。
国内外露井联采的矿山较多，露井联采在非煤矿山开采已比较成熟，但煤矿采用露井联采的矿山较少。露井联采模式对采动、边坡稳定的影响在水利工程和隧道工程中应用和研究较多，针对煤矿研究较少。本文以露井联采条件下采动边坡稳定性为研究。采用现场勘察、室内试验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，建立基于塑性极限理论的采动边坡稳定性评价方法。结合中煤露天开采的安太堡南帮典型工程进行重点研究。研究成果对露井联采矿区的安全生产和类似工程，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。
China is one of the countries in the world which sees coal as the main energy. Its coalproduction has exceeded one third of the world’s and the industrial accident related to thecoal industry is highlighted. With the idea of green mining of coal resources and efficientmining put forward, open-pit and underground combined mining increasingly becomes themain way of exploitation of the high yield and efficient mine which aims at the shallowcoal seam. In the mode of open-pit and underground combined mining, the mutualinterface of open-pit and underground has a big impact on the degree and the range ofdisruption of open-pit slope.
There are more mines which use open-pit and underground combined mining at homeand abroad, and the application of open-pit and underground combined mining in theexploitation of non-coal mine is relatively mature, while the coal mines which use open-pitand underground combined mining is less. The application and study of influence ofopen-pit and underground combined mining mode on mining disturbance is more in waterconservancy projects and tunnel project, while the study related to coal mines is relativelyless. This article studys the mining disturbance and slope stability in the condition ofopen-pit and underground combined mining. The research method which combines thefield investigation, laboratory experiment, theoretical analysis and numerical simulation isadopted, the evaluation methods of mining disturbance and slope stability which is basedon the plastic limit theory is established. This article focused on the evaluation of miningdisturbance and slope stability taking the southern slope of Antaibao mine as an example.Research results have the very important theoretical significance and practical value inengineering for safety production of open-pit and underground combined mining ore locus.
国内外露井联采的矿山较多，露井联采在非煤矿山开采已比较成熟，但煤矿采用露井联采的矿山较少。露井联采模式对采动、边坡稳定的影响在水利工程和隧道工程中应用和研究较多，针对煤矿研究较少。本文以露井联采条件下采动边坡稳定性为研究。采用现场勘察、室内试验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，建立基于塑性极限理论的采动边坡稳定性评价方法。结合中煤露天开采的安太堡南帮典型工程进行重点研究。研究成果对露井联采矿区的安全生产和类似工程，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。
China is one of the countries in the world which sees coal as the main energy. Its coalproduction has exceeded one third of the world’s and the industrial accident related to thecoal industry is highlighted. With the idea of green mining of coal resources and efficientmining put forward, open-pit and underground combined mining increasingly becomes themain way of exploitation of the high yield and efficient mine which aims at the shallowcoal seam. In the mode of open-pit and underground combined mining, the mutualinterface of open-pit and underground has a big impact on the degree and the range ofdisruption of open-pit slope.
There are more mines which use open-pit and underground combined mining at homeand abroad, and the application of open-pit and underground combined mining in theexploitation of non-coal mine is relatively mature, while the coal mines which use open-pitand underground combined mining is less. The application and study of influence ofopen-pit and underground combined mining mode on mining disturbance is more in waterconservancy projects and tunnel project, while the study related to coal mines is relativelyless. This article studys the mining disturbance and slope stability in the condition ofopen-pit and underground combined mining. The research method which combines thefield investigation, laboratory experiment, theoretical analysis and numerical simulation isadopted, the evaluation methods of mining disturbance and slope stability which is basedon the plastic limit theory is established. This article focused on the evaluation of miningdisturbance and slope stability taking the southern slope of Antaibao mine as an example.Research results have the very important theoretical significance and practical value inengineering for safety production of open-pit and underground combined mining ore locus.
引文
中国矿业学院.露天采矿手册[M].北京：煤炭工业出版社，1986.
徐长佑.露天转地下开采[M].武汉：武汉工业大学出版社，1990.
李鼎权.论露天转地下开采的若干特点[J].金属矿山，1994（2）：9—12.
刘勇.实施露井联合开采加强资源回收[J].露天采矿技术，2004（4）：11—12.
王振伟，王来贵，王建国.井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究[J].矿业研究与开采，2009（4）：13—15.
蓝航，李凤明，姚建国.露天煤矿排土场边坡下采动沉陷规律研究[J].中国矿业大学学报，2007，36（4）：482—486.
杨福海，等.露天转地下开采的若干特殊技术问题[J].河北冶金，1994（3）：1—4.
孙玉科，牟会宠，姚宝魁.边坡岩体稳定性分析[M].北京：科学出版社，1988.
李建林，胡兴娥，熊俊华，等.三峡地下电站进水口边坡稳定分析及加固优化[J].岩石力学与工程学报，2001,20（5）：676—679.
任高峰，张世雄，等.露井联合开采条件下矿山边坡运动损害规律研究[J].矿业安全与环保，2008,35（6）：11—13.
何万龙.山区开采沉陷与采动损害[M].北京：中国科学技术出版社，2003.
孙世国，蔡美峰，王思敬.地下与露天复合采动效应及边坡变形机理[J].岩石力学与工程学报，1999,18（5）：563—566.
孙世国，王思敬.地下与露天复合开采边坡稳定理论[J].工程地质学报，1998,6（4）：312—315.
孙世国，蔡美峰，王思敬.露天转地下开采边坡岩石滑移机制的探讨[J].岩石力学与工程学报，2000,19（1）：126—129.
李文秀.急倾斜厚大矿体地下与露天联合开采岩体移动分析的模糊数学模型[J].岩石力学与工程学报，2004,23（4）：572—577.
煤炭科学研究总院抚顺分院（北方矿山工程技术联合开发公司）.平朔安太堡露天煤矿西北帮到界边坡稳定性控制监测工程研究报告[R].2000.5.
中煤国际工程集团武汉设计研究院（中汉岩土工程分公司）.平朔安太堡矿不采区沉陷与边坡稳定监测及预报研究报告[R].2008.11.
刘宪权，朱建明，等.露井联采下井工开采顺序的优化分析[J].中国矿业，2007,16(10):63—65.
陈惠发.极限分析与土体塑性[M].北京：人民交通出版社，1995.
陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法、程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.3.
陈祖煜.岩质高边坡稳定分析方法和软件系统研究系统汇编[M].北京：中国水利水电科学研究院，1995,1（1）：48—51.
陈祖煜，等.岩质边坡稳定分析——原理、方法、程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.3.
崔政权，李宁.边坡过程——理论与实践最新发展[M].北京：中国水利水电出版社，1999.
刘宪权，朱建明，等.水平厚煤层露井联合开采下边坡破坏机理[J].煤炭学报，2008,33（12）.
冯锦艳，朱建明，等.井工—露天联采模式下井工开切眼与边坡合理距离的研究[J].采矿与安全工程学报，2009,26（1）.
朱建明，刘宪权，等.露井联采下边坡稳定的相似模拟研究[J].工程地质学报，2009,17（2）.
张金山，袁绍国.露天矿边坡稳定性分析专家系统[J]中国矿业，1995,4（3）：57—62.
何满潮.露天矿高边坡工程[M].北京：煤炭工业出版社，1991.
国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社,2000
徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社,2004
中国中煤能源集团公司.平朔露井联采边坡稳定与覆岩运移规律研究[R].2006,4
煤炭科学研究总院&平朔煤炭工业公司.安太堡露天矿边坡稳定性评价及监控方案设计[R].2010,9
煤炭科学研究总院抚顺分院&平朔煤炭工业公司.平朔安太堡露天煤矿西排土场工程地质条件研究与边坡稳定性评价[R].2002.1
煤炭科学研究总院抚顺分院&平朔煤炭工业公司.安太堡露天煤矿南排土场滑坡区土岩物理力学试验研究报告[R].1992,5
煤炭科学研究总院&平朔煤炭工业公司.安太堡露天煤矿.平朔安太堡露天煤矿西北帮井采区边坡稳定性评价[R].2007.1
张有天,周维垣.岩石高边坡的变形与稳定[M].北京：中国水利水电出版社，1999
Donald I,Chen Z Y.Upper Bound Stability Solutions in Geomechanics.ComputationalPlasticity[J].Fundamentals andApplications.In:Proc4th.Int.Conf.Comp.Plas.Barcelona,Spain,1995(2):1797—1808.
Chen Z,Wang X,Haberfield C,Yin J,and Wang Y.A there—dimensional slope stability analysismethod using the upper bound theorem[J].Part I:Theory and Methods.International Journal of RockMechanics and Mining Sciences.2001(38):369—378.
Chen Z,Wang J,Yin J Wang J and Haberfield C A three—dimensional slope stability analysismethod using the upper bound theorem[J].Part II:Numberical approaches,applications andextensions.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2001,38:379—397.
Peng S S,Luo Y.Slope stablilty under the influence of ground subsidence due to longwallmining[J].Mining sciences and technology,1989(8):89—95.
Davis E H,Gunn M J,Mair R J,etal.The stability of shallow tunnels and underground openings incohesive material[J].Geotechnique,1980,30(4):397—406.
Leca E,Dormieux L.Upper and lower bound solutions for the face stability of shallow circulartunnels in frictional material[J].Geotechnique,1980,30(4):407—416.
A.L. Mese, A.N Tutunca. An investingation of mechanical, acoustic and failure properties inunconsolidated sands [J]. international Journal of Rock and Mining Scienses,1997,(14)456-467
Zhu W,Wang X,Cheng Z,etal.Crustal motion of Chinese mainland monitored by GPS. Sci ChinaSer D,2000
Remondi B. Pseudo2kinematic GPS results using the ambiguity function method. Navigation,1991
Wang Q, Zhang P Z, Jeffery T, et al. Present day crustal deformation in China constrained byglobal position system measurements. Science,2001
徐长佑.露天转地下开采[M].武汉：武汉工业大学出版社，1990.
李鼎权.论露天转地下开采的若干特点[J].金属矿山，1994（2）：9—12.
刘勇.实施露井联合开采加强资源回收[J].露天采矿技术，2004（4）：11—12.
王振伟，王来贵，王建国.井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究[J].矿业研究与开采，2009（4）：13—15.
蓝航，李凤明，姚建国.露天煤矿排土场边坡下采动沉陷规律研究[J].中国矿业大学学报，2007，36（4）：482—486.
杨福海，等.露天转地下开采的若干特殊技术问题[J].河北冶金，1994（3）：1—4.
孙玉科，牟会宠，姚宝魁.边坡岩体稳定性分析[M].北京：科学出版社，1988.
李建林，胡兴娥，熊俊华，等.三峡地下电站进水口边坡稳定分析及加固优化[J].岩石力学与工程学报，2001,20（5）：676—679.
任高峰，张世雄，等.露井联合开采条件下矿山边坡运动损害规律研究[J].矿业安全与环保，2008,35（6）：11—13.
何万龙.山区开采沉陷与采动损害[M].北京：中国科学技术出版社，2003.
孙世国，蔡美峰，王思敬.地下与露天复合采动效应及边坡变形机理[J].岩石力学与工程学报，1999,18（5）：563—566.
孙世国，王思敬.地下与露天复合开采边坡稳定理论[J].工程地质学报，1998,6（4）：312—315.
孙世国，蔡美峰，王思敬.露天转地下开采边坡岩石滑移机制的探讨[J].岩石力学与工程学报，2000,19（1）：126—129.
李文秀.急倾斜厚大矿体地下与露天联合开采岩体移动分析的模糊数学模型[J].岩石力学与工程学报，2004,23（4）：572—577.
煤炭科学研究总院抚顺分院（北方矿山工程技术联合开发公司）.平朔安太堡露天煤矿西北帮到界边坡稳定性控制监测工程研究报告[R].2000.5.
中煤国际工程集团武汉设计研究院（中汉岩土工程分公司）.平朔安太堡矿不采区沉陷与边坡稳定监测及预报研究报告[R].2008.11.
刘宪权，朱建明，等.露井联采下井工开采顺序的优化分析[J].中国矿业，2007,16(10):63—65.
陈惠发.极限分析与土体塑性[M].北京：人民交通出版社，1995.
陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法、程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.3.
陈祖煜.岩质高边坡稳定分析方法和软件系统研究系统汇编[M].北京：中国水利水电科学研究院，1995,1（1）：48—51.
陈祖煜，等.岩质边坡稳定分析——原理、方法、程序[M].北京：中国水利水电出版社，2005.3.
崔政权，李宁.边坡过程——理论与实践最新发展[M].北京：中国水利水电出版社，1999.
刘宪权，朱建明，等.水平厚煤层露井联合开采下边坡破坏机理[J].煤炭学报，2008,33（12）.
冯锦艳，朱建明，等.井工—露天联采模式下井工开切眼与边坡合理距离的研究[J].采矿与安全工程学报，2009,26（1）.
朱建明，刘宪权，等.露井联采下边坡稳定的相似模拟研究[J].工程地质学报，2009,17（2）.
张金山，袁绍国.露天矿边坡稳定性分析专家系统[J]中国矿业，1995,4（3）：57—62.
何满潮.露天矿高边坡工程[M].北京：煤炭工业出版社，1991.
国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社,2000
徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社,2004
中国中煤能源集团公司.平朔露井联采边坡稳定与覆岩运移规律研究[R].2006,4
煤炭科学研究总院&平朔煤炭工业公司.安太堡露天矿边坡稳定性评价及监控方案设计[R].2010,9
煤炭科学研究总院抚顺分院&平朔煤炭工业公司.平朔安太堡露天煤矿西排土场工程地质条件研究与边坡稳定性评价[R].2002.1
煤炭科学研究总院抚顺分院&平朔煤炭工业公司.安太堡露天煤矿南排土场滑坡区土岩物理力学试验研究报告[R].1992,5
煤炭科学研究总院&平朔煤炭工业公司.安太堡露天煤矿.平朔安太堡露天煤矿西北帮井采区边坡稳定性评价[R].2007.1
张有天,周维垣.岩石高边坡的变形与稳定[M].北京：中国水利水电出版社，1999
Donald I,Chen Z Y.Upper Bound Stability Solutions in Geomechanics.ComputationalPlasticity[J].Fundamentals andApplications.In:Proc4th.Int.Conf.Comp.Plas.Barcelona,Spain,1995(2):1797—1808.
Chen Z,Wang X,Haberfield C,Yin J,and Wang Y.A there—dimensional slope stability analysismethod using the upper bound theorem[J].Part I:Theory and Methods.International Journal of RockMechanics and Mining Sciences.2001(38):369—378.
Chen Z,Wang J,Yin J Wang J and Haberfield C A three—dimensional slope stability analysismethod using the upper bound theorem[J].Part II:Numberical approaches,applications andextensions.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2001,38:379—397.
Peng S S,Luo Y.Slope stablilty under the influence of ground subsidence due to longwallmining[J].Mining sciences and technology,1989(8):89—95.
Davis E H,Gunn M J,Mair R J,etal.The stability of shallow tunnels and underground openings incohesive material[J].Geotechnique,1980,30(4):397—406.
Leca E,Dormieux L.Upper and lower bound solutions for the face stability of shallow circulartunnels in frictional material[J].Geotechnique,1980,30(4):407—416.
A.L. Mese, A.N Tutunca. An investingation of mechanical, acoustic and failure properties inunconsolidated sands [J]. international Journal of Rock and Mining Scienses,1997,(14)456-467
Zhu W,Wang X,Cheng Z,etal.Crustal motion of Chinese mainland monitored by GPS. Sci ChinaSer D,2000
Remondi B. Pseudo2kinematic GPS results using the ambiguity function method. Navigation,1991
Wang Q, Zhang P Z, Jeffery T, et al. Present day crustal deformation in China constrained byglobal position system measurements. Science,2001