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近水平露天煤矿相邻采坑临时中间桥对边坡的支挡效应

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煤炭学报 2022年第9期47卷 3374-3383页

作者：王东梁祖超李广贺李雪健周志伟辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 神华宝日希勒能源有限公司内蒙古呼伦贝尔021008

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... 详细信息

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c_(d)与等效内摩擦角φ_(d)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c_(d)即为中间桥底界面的黏聚力c_(j),Ⅱ区和Ⅲ区等效黏聚力c_(d)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tanφ_(d)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。

关键词：分坑开采中间桥支挡效应等效黏聚力等效内摩擦角

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软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应

煤炭学报 2019年第3期44卷 933-940页

作者：王东李广贺曹兰柱白润才宋子岭辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

留设支档煤柱是提高软弱基底内排土场稳定性的重要手段之一。为了解决软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数设计难题,实现矿山安全生产和经济效益兼顾,对软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应及形态设计方法进行研究。在构建软弱基底内排土... 详细信息

留设支档煤柱是提高软弱基底内排土场稳定性的重要手段之一。为了解决软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数设计难题,实现矿山安全生产和经济效益兼顾,对软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应及形态设计方法进行研究。在构建软弱基底内排土场支挡煤柱力学模型的基础上,进行三维受力状态分析,将支挡煤柱视为在内排土场静止土压力及底界面剪切力双重作用下的固定梁,以摩尔-库伦准则作为失稳判据,推导获得了煤柱三维支挡效应的表达式;基于对煤柱三维支挡效应的力学成因类型及影响因素的认识,提出了煤柱支挡效应的二维等效方法,推导了底界面等效黏聚力c_d与等效内摩擦角φ_d的表达式,从理论上揭示了支挡煤柱形态参数对支挡效应的影响。将该方法在胜利东二露天煤矿内排土场支档煤柱设计中进行了应用,并采用数值模拟方法进行验证。研究结果表明:煤柱底界面的等效黏聚力c_d及等效内摩擦系数tan φ_d与其顶宽a、下底角β,ω均呈正相关反比例函数关系,与高度H呈正相关倒差函数关系,与长度d呈负相关反比例函数关系;胜利东二露天煤矿内排土场边坡稳定系数F_s随支档煤柱顶宽a增加而增加,与煤柱高度H呈线性递增关系;煤柱的最佳尺寸为高度H=28 m,顶宽a=43 m,与传统的二维分析结果相比,可多才出原煤75 600 m^3,经济效益显著。成果可用于优化设计软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数,弥补采用传统方法设计造成的煤炭损失过大的不足,实现经济效益最大化。

关键词：软弱基底内排土场煤柱支挡效应等效黏聚力等效内摩擦角

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基于三维数值模拟的黑山露天矿边坡形态优化

露天采矿技术 2023年第2期38卷 42-45,49页

作者：郭海建成功中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全国家重点实验室辽宁抚顺113122 新疆煤炭设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐830091

为了研究露天矿边坡合理的形态参数问题,以黑山露天矿南帮边坡为例,基于简化Bishop法的二维边坡稳定计算与三维强度折减法的数值模拟研究,优化了边坡的形态参数,分析了边坡的破坏机理与形变原因,探究了测点位移与形变量的变化关系。研... 详细信息

为了研究露天矿边坡合理的形态参数问题,以黑山露天矿南帮边坡为例,基于简化Bishop法的二维边坡稳定计算与三维强度折减法的数值模拟研究,优化了边坡的形态参数,分析了边坡的破坏机理与形变原因,探究了测点位移与形变量的变化关系。研究结果表明:圆弧滑动为南帮最危险的滑坡模式,边坡发生变形破坏的力学特征符合推动式滑坡的定义,靠近临空面处的应力分布不连续与应力集中现象是边坡破坏的内在原因,其受控于边坡岩土体的物理力学指标,工作帮与内排土场对南帮边坡产生的支挡效应明显,可显著提高坡面靠坡脚一侧区段的稳定性,南帮边坡在受到工作帮与排土场支挡的同时,也会挤压工作帮与排土场并造成一定程度的底鼓;在滑移量最大区域,考虑三维支挡效应,比选了二维分析方法取得的初步结论,以模型临界失稳前的测点位移增长速率为度量,可进一步优化边坡形态参数。

关键词：强度折减法数值模拟破坏机理滑坡模式支挡效应

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黑山露天矿边坡失稳模式及破坏机制研究

露天采矿技术 2021年第2期36卷 25-28页

作者：郭海建中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

为分析黑山露天煤矿不同煤柱留设方案对于边坡稳定性的影响,借助FLAC3D软件建立典型数值计算模型,并在坡面处布设(x方向)水平位移监测点,研究了不同煤柱留设方案下边坡应力与位移变化规律,揭示其破坏机制与滑坡机理。结果表明:弱层是影... 详细信息

为分析黑山露天煤矿不同煤柱留设方案对于边坡稳定性的影响,借助FLAC3D软件建立典型数值计算模型,并在坡面处布设(x方向)水平位移监测点,研究了不同煤柱留设方案下边坡应力与位移变化规律,揭示其破坏机制与滑坡机理。结果表明:弱层是影响边坡稳定性的主要因素,边坡的失稳模式是以圆弧为侧界面、以弱层为底界面的组合式滑动;不留煤柱设计方案中边坡滑坡的力学特性为牵引式,而留煤柱设计方案中由于煤柱的支挡效应,力学特性变为推动式。

关键词：边坡失稳模式破坏机制支挡效应力学特性