端帮采煤对露天矿边坡稳定性影响研究

摘要

露天矿边坡稳定与否是确保露天矿端帮开采的重要影响因素，因此它是一个重要的研究问题。弄清端帮开采所引起的边坡变形和应力重分布机理，确保边坡稳定安全，是SHM端帮采煤技术可应用于露天矿端帮压煤开采的关键问题。本文主要考虑端帮开采时边坡角的改变、煤柱留设尺寸以及地下水对边坡稳定性的影响。
　　本文以某露天矿边坡压煤为实际工程背景，根据露天矿的实际土体岩性和开采情况，在有限差分法原理的基础上，应用FLAC3D软件建立边坡压煤模型，进行数值模拟分析。运用该模型，首先进行端帮开采边坡压煤的稳定性研究，以开采前后和边坡角的改变做对比，分析了最大不平衡力收敛情况和监测点位移情况;其次，对于厚煤层开挖情况下分层开采做研究，分析了开采不同层数时候监测点位移变化规律和安全系数变化;接着分析了煤柱留设尺寸的影响，包括煤柱的高、宽和间距，对比了不同煤柱留设尺寸下边坡监测点的位移变化规律;最后模拟了地下水渗流作用情况下，边坡位移情况和剪应变增量的变化，得出水对边坡稳定性的影响。
　　通过数值模拟分析表明:对于边坡压煤的端帮开采，开采后和开采前相比较，边坡稳定系数明显减小，且最大不平衡力的收敛时间步增大一倍;在端帮开采的过程中，随着边坡角增大，稳定系数逐渐减小;对于厚煤层端帮压煤开采情况，在采深相同的情况下，随着开采层数的增加，边坡监测点位移增大，稳定系数减小;同一采深下，煤柱高度越高、宽度越小、间距越大，边坡监测点位移越大，稳定系数越小。在考虑地下水渗流情况下，边坡监测点位移增大，且剪应变分布整个坡面，最大值出现在坡脚处。本文为弄清SHM开采端帮压煤所引起露天矿边坡变形机理，防止滑坡灾害产生，确定开采流程和重要参数尺寸设定提供依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 煤层开采研究现状

1．3．1 露天矿端帮开采的研究现状

1．3．2 SHM技术的研究现状

1．4 国内外边坡稳定性的研究现状

1．5 研究存在的问题

1．6 本文主要工作

2 SHM端帮采煤技术

2．1 SHM简介

2．2 SHM端帮采煤机的组成

2．3 SHM端帮采煤的典型方式

2．4 SHM端帮采煤技术的特点

2．4．1 SHM端帮采煤机的优点

2．4．2 对比总结SHM端帮采煤机的技术特征

2．5 SHM端帮采煤技术的应用前景

2．6 本章小结

3 露天矿边坡稳定性分析方法

3．1 边坡稳定分析概述

3．2 边坡稳定性分析方法

3．2．1 随机概率分析法

3．2．2 极限平衡法

3．2．3 数值分析法

3．2．4 物理模型实验方法

3．3 三维快速拉格朗日法的基本原理

3．3．1 混合离散法

3．3．2 有限差分法

3．3．3 节点运动方程

3．3．4 增量形式的本构模型

3．3．5 时间倒数的有限差分近似

3．3．6 阻尼力

3．4 本章小结

4 端帮采煤边坡模型

4．1 FLAC3D的应用范围

4．2 FLAC3D分析计算步骤

4．3 本构模型的建立

4．3．1 本构模型的选取

4．3．2 计算参数选取

4．4 计算范围选取

4．5 本章小结

5 SHM端帮开采参数对边坡稳定性影响分析

5．1 边坡稳定影响因素

5．1．1 滑坡类型

5．1．2 边坡稳定影响因素

5．2 FLAC3D数值模拟分析

5．2．1 变量选取

5．2．2 边坡角对稳定性的影响

5．2．3 开挖层数对边坡稳定性的影响

5．2．4 煤柱留设对边坡稳定性的影响

5．3 边坡稳定性影响分析

5．4 本章小结

6 地下水渗流对边坡稳定性的影响

6．1 渗流对边坡稳定性影响

6．2 渗流基本理论

6．2．1 达西定律

6．2．2 渗流连续方程

6．3 FLAC3D数值模拟分析

6．3．1 计算模型建立

6．3．2 水对边坡稳定性的影响

6．3 边坡稳定影响分析

6．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

作者简历

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