排矸方式对矸石山稳定性的研究

摘要

为探究排矸方式对矸石山稳定性影响规律,提出有利于提高矸石山稳定性效果的矸石排弃方法。首先依据矸石来源进行分类,通过对矸石试样单轴压缩力学试验测试,分析其力学性质的特征及产生该特征的原因,进而针对李家壕矸石山建立模型,利用数值模拟软件GeoStudio中的SIGMA/W模块和SLOPE/W模块进行父子项分析,采用模拟软件的有限元计算方法分析矸石山内部的应力分布状态,根据应力重分布状态,结合极限平衡法对力学参数折减,得出采煤工作面矸石在不同排弃方式条件下对矸石山整体稳定性的影响规律,并对采煤工作面矸石在不同排矸方式与不同埋深两种耦合条件下,得出矸石山的稳定性变化规律,最终提出有利于矸石山稳定性的排矸方式。结果表明:矿井生产过程中根据矸石来源不同可分为采煤工作面矸石和掘进工作面矸石,这两类矸石的强度存在差异,采煤工作面矸石强度明显弱于掘进工作面矸石强度,试验表明掘进工作面矸石试样的平均单轴抗压强度是采煤工作面矸石试样的1.6倍;不同排矸方式下采煤工作面矸石排弃后坡顶线位置相同,且剖面上排矸面积相同条件下,平铺式、倾倒式排矸方式相比均一参数矸石山稳定性系数,分别降低了16.4%和29.0%,平铺式排矸更有利于矸石山的稳定性;采煤工作面矸石采用平铺式排矸时,其埋深的变化对矸石山稳定性影响较小,深度为0时稳定性系数为1.56,降低7.9%,深度为5 m时稳定性系数为1.53,降低9.6%;而采用倾倒式排矸时,埋深的变化对矸石山稳定性影响较大,深度为0时稳定性系数为1.09,降低35.3%,深度为5 m时稳定性系数为1.07,降低36.5%,且危险滑动面常贯穿采煤工作面矸石层。