露天转地下开采边坡稳定性与防灾减灾技术研究

摘要

露天转地下开采时，露天边坡受复合采动效应影响，其变形与破坏规律变得复杂，其边坡的安全与稳定直接影响矿山的建设与生产安全，直接影响露天与地下开采转换过程的生产过渡。随着越来越多的矿山不断由露天转入地下及缺乏对露天转地下开采影响边坡的移动规律认识和缺乏对边坡防灾减灾的认识，地下开采引发边坡滑坡、坍塌等地质灾害频发生，严重影响了矿山的生产安全，给矿山边坡带来了巨大的维护费用和经济损失。因此，有必要开展露天转地下开采边坡的稳定性和防灾减灾治理研究。本文对露天转地下开采诱发边坡不稳定的影响规律进行了探讨，以安徽新桥硫铁矿露天转地下开采为工程背景，模拟分析了采动条件下对边坡的稳定性影响，并运用灾害链理论，构建了矿山边坡灾害链，探讨了露天转地下矿山边坡断链减灾的相关措施，最后对新桥硫铁矿露天边坡进行了防灾减灾治理。主要研究内容有:
　　(1)在已有资料和文献调查的基础上，总结阐述了露天转地下开采边坡稳定性的影响因素，探讨了地下开采对边坡的稳定影响机理。
　　(2)对露天转地下开采诱发边坡不稳定的边坡安全影响规律运用FLAC3D进行了多模型的数值模拟研究，综合分析了不同开采位置、开采宽度、开采深度及挂帮矿开采等对边坡安全稳定的影响。
　　(3)完成了露天转地下开采边坡稳定性数值模型建立与计算，对边坡稳定性进行了分析。在矿山地质资料分析的基础上，利用岩石力学参数和建立的边坡三维几何模型，采用3Dmine-MIDAS/GTS-FLAC3D数值模拟耦合技术，建立了大型三维露天边坡复杂精确模型，探讨边坡不同空间相对位置边坡变形规律，分析了边坡的稳定性，结果表明:在最不利条件开采下边坡整体基本稳定，上盘边坡受地下开采扰动影响大于下盘边坡，最大沉降位移和应力主要位于坡脚处。
　　(4)应用灾害链理论，构建了露天转地下矿山边坡的灾害链;运用“孕源断链减灾”的思路，分析了边坡防灾减灾途径和措施，并对其系统的动力演化规律进行了分析与研究，最后对新桥硫铁矿矿山边坡进行了适当的防灾减灾治理。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 露天转地下开采技术特点及研究现状

1．2．2 露天边坡稳定性的研究方法

1．2．3 露天边坡灾害防治发展现状与趋势

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究的技术路线

2 露天转地下开采边坡稳定性影响分析

2．1 引言

2．2 露天与地下开采复合采动效应

2．3 露天转地下边坡稳定性影响因素

2．3．1 环境自然因素

2．3．2 工程地质条件

2．3．3 人类工程活动

2．4 地下开采作用对边坡稳定性的影响机理研究

2．5 本章小结

3 露天转地下开采因素对边坡稳定性影响的变化研究

3．1 前言

3．2 FLAC的基本原理与计算步骤

3．2．1 FLAC基本原理与计算步骤

3．2．2 强度折减法原理

3．3 地下采区位置变化对边坡稳定系数的影响研究

3．3．1 模型构建及力学参数选择

3．3．2 模拟计算结果分析

3．4 地下采区几何跨度变化对边坡稳定系数的影响研究

3．4．1 地下采区位于坡外区

3．4．2 地下采区位于坡内区

3．4．3 地下采区位于坡脚区

3．5 不同深度下开采地下采区对边坡稳定系数的影响

3．6 露天残留矿体回采对边坡稳定系数的影响

3．6．1 采区位置位于坡顶区

3．6．2 采区位置位于坡腰区

3．6．3 采区位置位于坡脚区

3．7 本章小结

4 新桥硫铁矿露天转地下开采边坡稳定性的数值模拟研究

4．1 前言

4．2 研究区工程地质条件

4．2．1 矿山地质概况

4．2．2 矿山开采现状

4．2．3 确定研究对象

4．3 三维数字化几何模型的处理

4．3．1 矿山地表模型

4．3．2 矿山矿体模型

4．3．3 岩层曲面处理

4．4 复杂地质计算模型建立

4．4．1 3DMINE-MIDAS／GTS-FLAC3D的耦合建模过程

4．4．2 模型材料属性的确定

4．4．3 模型约束条件

4．4．4 模型基本信息

4．4．5 计算开挖方案

4．5 计算结果及稳定性分析

4．5．1 计算分析剖面选取

4．5．2 计算区域位移分析

4．5．3 应力分析

4．5．4 边坡稳定性综合分析

4．6 本章小结

5 露天转地下边坡防灾减灾技术研究与应用

5．1 前言

5．2 矿山露天边坡灾害链构建

5．2．1 矿山边坡灾害辨识

5．2．2 矿山边坡灾害的基本特征

5．2．3 矿山边坡灾害链的构建

5．3 露天转地下边坡灾害链断链减灾对策分析

5．3．1 边坡灾害断链减灾思路

5．3．2 边坡孕源断链减灾对策分析

5．4 露天转地下边坡治理系统内部演化规律分析

5．4．1 基于耗散结构理论的边坡系统宏观熵结构研究

5．4．2 基于协同学的边坡治理内部演化规律研究

5．5 矿山边坡灾害综合治理措施研究

5．6 新桥硫铁矿露天转地下边坡防灾减灾综合治理

5．6．1 边坡治理工程措施

5．6．3 防治效益预期分析

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果