露天转地下开采覆盖层安全结构和边坡变形动力冲击与控制研究

1、会计学1露天转地下开采覆盖层安全结构和边坡露天转地下开采覆盖层安全结构和边坡变形动力冲击与控制研究变形动力冲击与控制研究一、前一、前 言言一、前一、前 言言一、前一、前 言言一、前一、前 言言一、前一、前 言言kHHHhHhBhQdsTfSfhf)(5.2)1(3416222fhQhB放出体体积；放出体高度；回采巷道宽度；放出椭球体偏心率；安全系数，取崩落分段高度；度；松动体影响的覆盖层高松动体高度；2 . 1HHHdTks块度过大造成的悬拱块度过大造成的悬拱粒度过细造成侵蚀贫化粒度过细造成侵蚀贫化流动层流动层整体下移层整体下移层渗透实验装置渗透实验装置 渗透实验所用物料渗透实验所用物料 l实

2、验结果实验结果组数组数粗细比粗细比渗透系数渗透系数K K（cm/scm/s）第第1 1组组6:46:41.07921.07921010-4-4第第2 2组组6.5:3.56.5:3.52.27952.27951010-4-4第第3 3组组7:37:31.07781.07781010-3-3第第4 4组组8:28:21.06471.06471010-2-2土样编号土样编号12345678910干密度干密度g/cm321.971.941.911.881.851.821.791.761.73孔隙比孔隙比0.350.3710.3920.4140.4360.4590.4840.5080.5340.561

3、不均匀系数不均匀系数16161616161616161616曲率系数曲率系数1111111111渗透系数渗透系数cm/s7.710-32.2 10-22.2 10-22.3 10-23.3 10-23.8 10-25.7 10-27.2 10-28.7 10-29.4 10-2土样编号土样编号12345678910干密度干密度g/cm31.861.861.861.861.861.861.861.861.861.86不均匀系数不均匀系数42.335.328.923.11813.59.76.53.92.9曲率系数曲率系数2222222222渗透系数渗透系数cm/s6.710-24.510-22.8

4、10-22.410-22.310-22.110-21.910-2110-29.610-38.810-3土样编号土样编号12345678910干密度干密度g/cm31.951.951.951.951.951.951.951.951.951.95不均匀系数不均匀系数20202020202020202020曲率系数曲率系数0.10.30.50.81.11.522.63.23.9渗透系数渗透系数cm/s3.110-36.410-36.410-36.710-36.910-31.310-21.210-21.010-21.610-21.610-2 漏风系数与覆盖层厚度间满足指数关系，随着覆盖层厚度漏风系数与

5、覆盖层厚度间满足指数关系，随着覆盖层厚度的增加和孔隙率的降低，曲线下降的速度加快，矿井的漏风量的增加和孔隙率的降低，曲线下降的速度加快，矿井的漏风量逐渐减小。逐渐减小。覆盖层厚度m漏风系数漏风系数覆盖层厚度m漏风系数与覆盖层厚度关系图（孔隙率38.5%） 漏风系数与覆盖层厚度关系图（孔隙率31.77%）覆盖层厚度与漏风量的关系（孔隙率31.77%）漏风量，l/s覆盖层厚度，m覆盖层厚度与漏风量的关系（孔隙率38.5%）漏风量，l/s覆盖层厚度，m孔隙率孔隙率最小覆盖层厚度最小覆盖层厚度孔隙率孔隙率最小覆盖层厚度最小覆盖层厚度38.54%197m23.7%30.25m31.77%101m21.3

6、5%15.83m27.99%55.13m20.25%5.57m数值计算实体模型数值计算实体模型有限元数值计算模型有限元数值计算模型 l覆盖层漏风量的数值分析覆盖层漏风量的数值分析不同孔隙比和覆盖层厚度条件下的漏风平均风速（不同孔隙比和覆盖层厚度条件下的漏风平均风速（m/s）覆盖层厚度覆盖层厚度（m）孔隙率孔隙率 （%）21.423.728.031.835.938.5200.1120.1130.1150.1180.1200.124300.09670.0972 0.09750.09760.09790.0983 400.05330.05340.05360.05390.05410.0546500.01

7、630.01660.01670.01730.01760.0182不同孔隙率条件下覆盖层的漏风风量不同孔隙率条件下覆盖层的漏风风量 （m/s）覆盖层厚度覆盖层厚度（m）孔隙率孔隙率 （%）21.423.728.031.835.938.5202.022.032.072.122.162.23301.741.751.761.761.761.77400.960.960.960.970.970.98500.290.300.300.310.320.33覆盖层厚度覆盖层厚度（m）孔隙率孔隙率 （%）21.423.728.031.835.938.5205.515.505.485.445.415.36305.71

8、5.705.705.705.695.69406.276.276.276.276.266.26506.776.776.776.766.766.77不同孔隙率条件下覆盖层漏风对井下温度影响（不同孔隙率条件下覆盖层漏风对井下温度影响（ ）露天覆盖层露天覆盖层露天边坡冲积物露天边坡冲积物有大量固体物质，即粘有大量固体物质，即粘性土和岩石碎屑的存在性土和岩石碎屑的存在露天坑底第一分段露天坑底第一分段的回采即与露天覆的回采即与露天覆盖层充分联通盖层充分联通降（暴）雨短时间降（暴）雨短时间内露天采坑汇集大内露天采坑汇集大量降水、分段出矿量降水、分段出矿存在能让泥石流流动的存在能让泥石流流动的通道通道短时内补

9、给充足的水源短时内补给充足的水源及诱发因素，如持续降及诱发因素，如持续降雨、采矿活动等雨、采矿活动等减少覆盖层中可能产生减少覆盖层中可能产生泥石流的固体物质泥石流的固体物质与覆盖层功用矛盾，工程实与覆盖层功用矛盾，工程实现比较困难现比较困难和采矿方法有冲突和采矿方法有冲突减少、消除泥石流产生减少、消除泥石流产生的通道的通道减少、消除覆盖层中的减少、消除覆盖层中的补水能力，降低水渗透补水能力，降低水渗透压力压力可以通过增加覆盖层和井下可以通过增加覆盖层和井下的疏水通道达到目的的疏水通道达到目的l整体下移层结构及厚度的确定整体下移层结构及厚度的确定l流动层结构及厚度的确定流动层结构及厚度的确定l覆

10、盖层的总厚度覆盖层的总厚度整体下移层整体下移层矿石层矿石层流动层流动层H1H2H3u工程地质环境及围岩稳定性条件工程地质环境及围岩稳定性条件l地应力计算结果地应力计算结果 1 2 3测点号测点号深度深度(m)数值数值方向方向倾角倾角数值数值方向方向倾角倾角数值数值方向方向倾角倾角(Mpa)( )( )(MPa)( )( )(MPa)( )( )1605.02-82102.86-1723.51.99-128-7521658.61-92-65.74-101784.74175-831658.08-88-65.74-90734.74178-104406.87-93165.28177-0.91.48-1

11、00-805708.74105-2.05.73-16562.86-145-84616010.623057.28-60154.9614370733015.35-78-98.99-109848.59-178-2833014.12100-12.99.1840708.5810-15l杏山铁矿矿区地应力场主应力随深度回归曲线杏山铁矿矿区地应力场主应力随深度回归曲线应力值应力值(MPa) 深深度度(m)边坡地质分区图边坡地质分区图x4422400 x4422600 x4422800 x4423000 x4423200Y503500Y503600Y503700Y503400-300-200-1000100模

12、型的平面位置图模型的平面位置图模型剖面图模型剖面图应变监测：应变监测：DH-3816DH-3816静态静态应变测试系统应变测试系统( (全智能化巡全智能化巡回数据采集系统）回数据采集系统）应力监测：应力监测：ZYJ-25ZYJ-25型钻孔型钻孔应力计应力计失稳破坏过程监测：失稳破坏过程监测：自动自动连续数码摄像连续数码摄像应力监测系统应力监测系统u露天转地下开采物理模拟实验研究露天转地下开采物理模拟实验研究l边坡失稳破坏过程边坡失稳破坏过程-60水平开采后边坡破坏形态水平开采后边坡破坏形态 z/m-90水平开采后边坡破坏形态水平开采后边坡破坏形态-135m水平开采后边坡破坏形态水平开采后边坡破

13、坏形态-165水平开采边坡破坏形态水平开采边坡破坏形态z/m-210水平开采后边坡破坏形态水平开采后边坡破坏形态z/m-255水平开采后边坡破坏形态水平开采后边坡破坏形态l边坡变形动力冲击演化机理边坡变形动力冲击演化机理(a) 首次动力冲击孕育阶段首次动力冲击孕育阶段坡体裂隙孕育发展矿体采出覆盖层下移矿体矿体坡体被切割部分滑移 产生动力冲击影响矿体采出覆盖 层继续下移上部微裂隙的发展(b) 首次动力冲击首次动力冲击矿体坡体深部裂隙的 再次孕育发展坡体滑落后形成的覆盖 层随着开采继续下移矿体坡体滑移岩体随着开采再次发生动力冲击影响覆盖层随着开 采继续下移上部微裂隙的发展(c) 循环动力冲击孕育阶

14、段循环动力冲击孕育阶段(d) 循环动力冲击循环动力冲击坡体裂隙孕育发展矿体采出覆盖层下移坡体被切割部分滑移产生动力冲击影响上部微裂隙发展上部微裂隙发展矿体采出覆盖层继续下移坡体滑移岩体随着开采再次发生动力冲击影响覆盖层随着开采继续下移坡体深部裂隙的再次孕育发展坡体滑落后形成的覆盖层随着开采继续下移l边坡变形动力冲击演化机理边坡变形动力冲击演化机理l循环动力冲击控制措施循环动力冲击控制措施动力冲击控制措施动力冲击控制措施矿 体为 了 防 止 循 环 动 力 冲 击 影 响 保 持 覆 盖 层 顶 部 标 高 不 变为了防止循环动力冲击影响保持覆盖层顶部标高不变四、结语四、结语一、前一、前 言言一、前一、前 言言不同孔隙率条件下覆盖层的漏风风量不同孔隙率条件下覆盖层的漏风风量 （m/s）覆盖层厚度覆盖层厚度（m）孔隙率孔隙率 （%）21.423.728.031.835.938.5202.022.032.072.122.162.23301.741.751.761.761.761.77400.960.960.960.970.970.98500.290.300.300.310.320.33露天覆盖层露天覆盖层露天边坡冲积物露天边坡冲积物有大量固体