有限元强度折减法在露天矿边坡稳定性分析中的应用.pdf

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1、2013年第1期煤炭科技No．12013COALSCIENCE＆TECHNOL0GYMAGAZINE47文章编号：1008—3731(2013)01-0047—03圈圜有限元强皮折减沽在露天矿边坡稳定性分析中的应用王连海，刘铁亮(唐山三友矿山有限公司，河北唐山063101)摘要：结合唐山三友露天石灰石矿的生产情况及地质条件，应用有限元强度折减法对影响最终边坡稳定性的诸多因素进行了综合分析，提出了既确保安全生产又可最大限度减少开采范围剥离量的各区段最佳边坡角。关键词：有限元强度折减法；露天矿；边坡稳定分析中图分类号：TD824．7文献标志码：B随着露天采矿技术的发

2、展，开采深度以及服务性。数值分析方法因其物理概念明确越来越受到学年限的不断增加，边坡失稳既受其内在因素的控制，者的重视。有限单元法克服了极限平衡法完全不考也受外界条件的影响，岩体的稳定性状况也随内外虑岩体本身的应力一应变关系的缺点，可以全面满因素而动态变化。因此，客观地分析失稳的类型和足静力许可、应变相容和应力一应变之间的本构关原因，提出矿山失稳的防治与控制措施是至关重要系，已成为边坡稳定性分析的有力工具。的，并能为矿山创造良好的经济效益。本文针对唐由于该矿位于赵各庄煤矿采空区岩石移动范围山三友石灰石矿的地质、生产概况和边坡滑体产生内，生产边坡地裂缝发育，影响了

3、岩石物理参数的取的现状，对局部边坡岩体的岩性、构造、岩层产状、断值，参照《建筑边坡工程技术规范》对边坡岩体内摩层及节理裂隙发育状况等进行地质调查分析，研究擦角折减系数(见表1)，考虑到三友矿山边坡地裂采场边坡的稳定性机理，预测边坡可能出现滑体的隙发育，可知岩体内摩擦角为岩块内摩擦角标准值发展趋势，对高危边坡确定优化的综合治理方案，以的0．8倍，剪涨角为0。。其物理力学参数如表2所保障露天采场安全生产，避免重大边坡滑落事故，从列，边坡的几何形状如图1所示。而优化确定露天矿最终边坡角。本文采用ANSYS表1边坡岩体内摩擦角折减系数有限元强度折减法对边坡的稳定性进行分

4、析。通过边坡岩体内摩擦角的边坡岩体内摩擦角的特性折减系数特性折减系数论证比较，最终确定边坡稳定的安全角度，并判定影裂隙不发育0．90～0．95裂隙发育0．80～0．85响露天矿边坡稳定的因素及产生边坡滑体的主要原裂隙较发育0．85～0．90碎裂结构0．75～0．8O因，保证露天矿山在开采结束前既要生产安全，又要表2边坡岩体有关力学参数最大限度地减少开采范围内的剥离量，提高经济效名称比益嚣1有限元强度折减法分析目前，研究边坡稳定性主要采用极限平衡法和数值分析法。极限平衡法由于不能真实地反映边坡失稳时的应力场和位移场，应用范围有一定的局限2013年第1期程正刚等：掘

5、进工作面预注浆堵水技术的数值模拟513．2孔隙水压力注浆前后巷道及下方底板附近的孔隙水压力变化云图如图4所示。～=1．720×10一m／s应f3／MPa(a)注浆前口0～0．2、、＼、、1{J，：l釜童’：：⋯一．⋯⋯liji~：～：：，：⋯：：’t：⋯：：：■：：：⋯qmn=2．‘318×、10m／sZlr’：：：；：；；；；：：：：：：：：．．；；；川／：；：：：；≈=_(b)注浆后日U图5渗流场应力／MPa注浆前渗流速度最大值为1．720×10～m／s，注～O．2浆后渗流速度最大为2．318×10一m／s。根据涌水量～0．6经验公式Q=qAt(式中，Q为涌

6、水量，in／s；q为渗流～1．0～1．4速度，m／s；4为突水区域面积，in；t为时间，s)；可以～1．8预测注浆前的涌水量为注浆后的6．9倍。4结论本文利用FLAC如对掘进巷道预注浆堵水技术进行分析，得到主要结论如下：图4孑L压云图(1)通过预留止浆岩帽对前方巷道进行注浆，(1)注浆前，底板下方地下水在动水压作用之浆体在岩石孔隙中凝固后能显著改善围岩抵抗变形下通过底板孔隙中的水力通道渗透到底板上表面并的能力，降低巷道的支护难度。且渗透到底板上方未开掘的巷道中。地下水通过底(2)掘进工作面预注浆能够显著降低孔隙水的板向巷道渗水的影响高度大致为3111。底板孔隙水

7、渗流速度，提高围岩的抗渗能力，大幅度地减少巷道压力的变化将会引起底板受力不均匀，局部地区甚涌水量，有利于巷道掘进施工。至出现剪应力，从而使底板破坏而发生突水事故。(2)注浆后，底板中孔隙水压力基本保持平参考文献：行。涌入巷道的水量明显减少，仅巷道下部1ITI范[1]虎维岳．矿山水害防治理论与方法[M]．北京：煤炭工业出版围内出现较小的孔隙水压力。社，2005．3．3涌水量预测[2】徐波，王世华，孔德森．千米凿井工作面注浆堵水三维数值模拟研究叨．中国煤炭，2011，37(1)：88—91．由于采用预留止浆岩帽的注浆堵水技术，孔隙水在穿过底板中间位置后开始流向止浆岩

8、帽，导致作者简介：程正刚