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准东露天矿软岩边坡动力失稳规律及高段内排安全控制技术研究

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变量注释表

1 绪论

1.1 选题背景与研究意义(Research Background and Significance)

1.2 国内外研究现状(Studies at Home and Aboard)

1.3 主要研究内容和方法(Research Aim and Methodology)

1.4 创新点(Innovation Points)

2 工程环境因素对软岩物理力学和水理特征的影响规律

2.1 工程环境中边坡稳定性影响因素分析( Analysis of Factors Affecting Slope Stability in Engineering Environment)

2.2 工程环境因素对准东露天矿区岩体的影响( Influence of Engineering Environmental Factors on the Rock Mass in Zhundong Pit Mining Area)

2.3 本章小结(Summary)

3 准东露天矿软岩抗震特性的影响规律研究

3.1 准东露天矿震动源及风险分析( Vibration Source and Risk Analysis of Zhundong Open Pit Mine)

3.2 软岩震动液化机理分析(Mechanism Analysis of Soft Rock Vibration Liquefaction)

3.3 准东露天矿软岩震动液化特性试验(Experimental Study on Vibration Liquefaction Characteristics of Soft Rock in Zhundong Open Pit Mine)

3.4 试验结果与数据分析(Test Results and Data Analysis)

3.5 爆破振动对内排土场稳定性的影响( Influence of Blasting Vibration on Stability of Internal Dumping)

3.6 本章小结(Summry)

4 倾斜基底上散体软岩排土场几何结构和力学模型及稳定性分析

4.1 倾斜基底内排的局限性分析( The Limitation of the Inner Dump on Inclined Base)

4.2 端头支撑式倾斜基底内排模型构建(End-Supported Inclined Base Inner Dump Model Construction)

4.3 顺倾基底排土弱层挤出力学模型构建( Construction of Extrusion Mechanical Model of the Weak Layer with Dumping on the Inclined Base)

4.4 顺倾基底排土场稳定性分析(Stability Analysis of Dum Slope on Inclined Base)

4.5 本章小结(Summry)

5 准东露天矿高陡边坡安全评价及采排方案设计

5.1 准东露天矿概况(Overview of Zhundong Open-pit Mine)

5.2 准东露天矿开采及内排安全状况分析( Analysis of Mining and Inner Dump Safety Status of Zhundong Open Pit Mine)

5.3 内排台阶安全结构及最大高度确定(Inner Dump Step Safety Structure and Maximum Height Determination)

5.4 转向后端帮靠帮开采参数研究(Research on the Parameters of End-slope Steep Mining after Turning back)

5.5 剥离与内排追踪方案优化(Stripping and Inner Dump Tracking Program Optimization)

5.6 本章小结(Summary)

6 结论和建议

6.1 结论(Conclusion)

6.2 建议(Proposal)

参考文献

作者简介

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摘要

新疆是“一带一路”建设沿线的重要节点,在能源保障和技术输出方面一直担负着重要的任务。准东煤田作为新疆的第三大煤田,有40%的储量适合采用露天开采。准东煤田的多座露天矿目前已接近转向阶段,一系列的相似的工程和安全问题在这一区域集中涌现,针对准东露天矿生产过程中的典型安全技术问题进行研究,其成果将在整个准东煤田具有良好的推广性。 采用地质调查和数据分析等手段,查明了的影响准东露天矿边坡稳定的三类主要因素;确定了的地质构造属简单型、岩体为易崩解软岩;阐明了采场边坡的失稳模式以顺层滑坡为主,排土场边坡以圆弧滑坡为主,复合边坡以圆弧-顺层滑坡为主。根据构造应力图解方法确定准东矿区的水平主应力方向为N21°E,该应力对边坡稳定性影响较小。 从理论上分析了振动液化形成的原因以及液化后的物理力学特征,结合准东露天矿的振动源类型,设计不同工况的振动条件探索砂土边坡的动力稳定性。试验测定不同振动加速度和振动频率条件下砂土边坡的超静孔隙水压力和超孔压比的时程变化规律,结果表明:振动加速度或振动频率越大,砂土边坡峰值超静孔隙水压力越高,并且达到峰值的时间越短。 建立了倾斜基底上排土场堆载形成的边坡几何结构、力学模型,揭示了排土场边坡稳定性随着高度的增长呈二次函数规律递减。综合排土场倾斜基底稳定性、边坡稳定性和最大边坡角这三个因素,构建了内、外排土场稳定性线性规划模型,提供了确定边坡最大安全角度的方法。建立了非对称排土场三维受力模型,引入排土场两侧基底的支撑力,修正了非对称基底软岩排土场的稳定性计算方法。根据自重应力和侧压计算方法,推导出了陡帮开采过程中,端帮岩体有效抗剪强度和正应力的计算公式,揭示了有效抗剪强度随边坡角度增大呈余切函数规律递减,正应力与端帮边坡角呈负相关。 建立倾斜条件下非对称弱层挤压模型,确定了临空侧弱层挤出时上覆堆载体需要满足的最小厚度。针对准东露天矿顺倾基底弱层的特征,提出了弱层挤出控制方法。建立排土场凹形边坡力学模型,基于极限平衡原理和条分法推导出了凹形排土场边坡稳定系数计算方法。采用模拟分析确定准东露天矿平直和凹形排土台阶的最大安全高度分别为64m和80m。内排跟进压帮之后首采区西帮靠帮开采的最佳角度为38°。 通过分析准东露天矿当前面临的剥离物下行运输的问题,论证了倾斜端帮下行运输与排土场下行运输的技术经济性,提出了端帮道路优化解决重车下行方案,取消▽430水平端帮路,设置▽414水平西端帮路,内排土场台阶并段形成▽414水平台阶及新▽462水平台阶,提供了后续生产过程中端帮并段及排土场升段工程实施方案。

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