露井联采边坡稳定性与加固监测研究

摘要

我国露天矿数量多、规模大，而露天矿边坡的稳定性直接影响煤炭安全生产。随着国民经济建设的快速发展，煤炭工业规模迅速扩张，露天开采难度加大，为了满足煤炭需求，许多大型露天矿相继进入井工开采阶段。在复杂的矿区地质条件、降雨入渗、动荷载和露井联采联合影响下，露天矿边坡的稳定性降低，对矿区生产安全产生威胁，进而制约了经济的快速发展。本文以中煤平朔安太堡露天矿西北帮边坡为研究对象，评价了边坡在露井联采条件下的稳定性，采用预应力锚索对边坡进行加固监测，评价了加固前后露天矿边坡的稳定性，根据应力和位移监测数据对边坡的变形发展进行预测预报，从而保障了矿区煤炭的安全生产。
　　 [1]针对中煤平朔安太堡露天矿西北帮边坡，根据边坡工程地质条件，结合边坡工程的具体特点，分别介绍了露天矿边坡的滑坡现状，以及露天矿边坡存在的安全隐患，并分析在自然风化、降雨入渗、地震作用、采空区塌陷、坡脚开挖、斜坡加载、爆破震动、工农业和生活用水渗透、植被破坏等条件下对边坡稳定性产生的影响。从露天矿边坡内因和外因两方面简要分析了边坡滑坡产生的原因，为边坡稳定性的进一步分析打下基础。
　　 [2]使用FLAC3D软件，模拟露天矿边坡的变形发展特征，分析了露天矿边坡在自重应力作用下的稳定性;分析地震作用下边坡动态响应，在Ⅶ度地震条件下，露天矿边坡工程趋于不稳定状态，随着地震持时的增加，边坡监测点的位移产生了由小到大持续增长的现象，当水平位移的增长值超过岩土体的某一弹性位移极限后，将会在岩土体中产生不可逆的塑性变形破坏现象;同时分析了降雨对露天矿边坡稳定性的影响。
　　 [3]运用FLAC3D软件，分析在井工开采条件下露天矿边坡的稳定性，在4#煤层采空区和9#煤层开采联合影响下，露天矿边坡中上部坡体以竖向变形为主，形成边坡沉陷，坡顶后方发生严重的沉陷变形，露天矿边坡下部以水平变形为主，随着9#煤层的继续开采，边坡下部向临空侧继续变形发展;同时分析了降雨入渗条件下井工开采边坡工程固流耦合作用的变形特征，以对边坡的变形破坏趋势进行预测。
　　 [4]采用预应力锚索对露井联采边坡进行加固监测，运用SLIDE软件计算加固前后露天矿边坡的稳定系数，得出预应力锚索加固效果明显。同时计算在地下水与地震作用下加固后露天矿边坡的稳定系数，得出边坡的稳定系数有所下降，但是仍处于稳定状态。通过分析应力和位移监测数据，对露天矿边坡的变形发展做出预测预报，保障矿区煤炭的安全生产。
　　 通过分析边坡稳定性的影响因素，模拟计算露井联采边坡变形特征及发展趋势，开展了中煤平朔安太堡露天矿西北帮边坡稳定性研究。根据边坡稳定性计算分析结果，采用预应力锚索对边坡潜在失稳区域进行加固监测，确保露天矿边坡的稳定性，从而保障矿区煤炭安全生产。同时，为下一步有针对性地制定边坡综合防治措施提供科学依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景、目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容、方法及创新点

1．3．1 研究内容及方法

1．3．2 创新点

1．4 研究技术路线

第2章 边坡工程概况及稳定性影响因素

2．1 自然地理概况

2．2 区域地质概况

2．2．1 地层特征

2．2．2 煤层特征

2．2．3 地质构造

2．2．4 岩体结构面及软弱夹层

2．2．5 水文地质概况

2．3 边坡工程概况及稳定性影响因素

2．3．1 边坡工程概况

2．3．2 边坡稳定性影响因素

2．4 浅析边坡滑坡

2．5 本章小结

第3章 露天矿边坡变形稳定性分析

3．1 FLAC3D简介

3．1．1 FLAC3D的主要特点

3．1．2 FLAC3D的求解流程

3．2 边坡变形稳定性分析

3．2．1 边坡工程岩体力学参数

3．2．2 边坡三维地质模型

3．2．3 边坡变形稳定性分析

3．3 地震作用下边坡动态响应分析

3．3．1 边坡变形稳定性动力学分析

3．3．2 边坡震动效应分析

3．3．3 边坡动态稳定性分析

3．4 降雨对边坡稳定性的影响

3．4．1 降雨诱发边坡失稳的机理分析

3．4．2 降雨时裂缝对边坡的影响

3．4．3 降雨作用下裂缝扩展贯通

3．5 本章小结

第4章 露井联采条件下边坡稳定性分析

4．1 井工开采对露天矿边坡的影响

4．2 露井联采条件下边坡变形响应

4．2．1 模拟分析方案

4．2．2 4#煤层回采边坡变形响应特征分析

4．2．3 9#煤层回采边坡变形响应特征分析

4．3 降雨对露井联采边坡的影响

4．4 本章小结

第5章 预应力锚索对边坡的加固与监测

5．1 SLIDE概述

5．2 预应力锚索的加固机理

5．2．1 预应力锚索的锚固体系

5．2．2 浆体材料的力学特性

5．3 边坡加固前后稳定性对比

5．3．1 模型建立

5．3．2 加固前边坡稳定系数计算

5．3．3 加固后边坡稳定系数计算

5．4 地下水与地震对加固后边坡的影响

5．5 露井联采边坡稳定性监测

5．5．1 边坡远程监测预报设计

5．5．2 边坡监测网络构建

5．5．3 监测系统界面及功能

5．6 监测结果分析

5．6．1 应力监测

5．6．2 位移监测

5．7 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文及攻读硕士学位期间参加的课题项目

致谢