露井联采不同边坡保护煤柱宽度的影响分析.pdf

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1、·12·露天采矿技术2012年第4期露井联采不同边坡保护煤柱宽度的影响分析蔡忠超，李伟，李慧智(中煤科工集团沈阳设计研究院。辽宁沈阳110015)摘要：以某露天矿实际情况为例，以FLAC3D为研究手段，对露井联采区应力场分布规律及露天与井工开采相互影响进行了数值模拟，分析了不同边坡保护煤柱宽度下临近边坡区域及边坡表面的位移特征，为露并联采条件下确定合理的边坡保护煤柱宽度提供了依据。关键词：露井联合开采；数值模拟；边坡保护煤柱中图分类号：TD824．7+l文献标识码：B文章编号：1671—9816(2012)04—0012

2、—031数值模型的建立与计算方案设计柱状图岩层名称岩层厚度岩石强度／MPa岩体强度，m抗压抗拉／MPa依据地质实际剖面建立计算模型，如图1所示。地表5O．0l25为了对模型中边坡邻近区域岩体的变形、移动及稳薹玄武岩7066．9O．1—0．42．54定情况有更清楚的了解，所以在模型边坡邻近区域泥岩241．6—3．2O．1一O．42．Ol2．23设监测线I及5个不同位置的测点。砂岩1441．2—5．50．31．52．25泥岩651．63．20．10．42．0l2．23辉绿岩20142．60．20．52．67砂岩l71．25．

3、5O-31．52．252煤l8～208．2O-3O．91．28砂砾岩515l-3l-90．4—0．82．19～2‘3Ol憔29—368．2O-3O．91．28砂岩1．25．50．3—5．52．25图2岩层柱状图图1露天矿边坡示意图模型中，将边坡坡脚沿煤层倾向至井工开采区开挖工作面的距离定义为边坡保护煤柱宽度。模拟边坡保护煤柱宽度分别为400m、375m、350m。模型建立的依据如图2所示。各岩层块体力学参数如表1所示。露井联采条件下，模型尺寸：1000m×600m×500m(长×宽×高)，模拟煤层厚度32图3模型全貌图m

4、，倾角12。，一直模拟到地表，单元网格尺寸平均为1)根据原始露天矿地貌，形成初始应力场。10m×10m，在边坡的邻近区域设置了水平位移以2)井工开采。依次留边坡保护煤柱宽度为400及应力集中情况监测线。模型两侧限制水平方向移m、375m、350m，为了避免井工未达到充分扰动对动，模型底面限制垂直方向移动，模型顶部为自由边边坡的影响，工作面推进长度增加到420m。界。模型全貌如图3所示。3)计算并输出结果。模拟计算过程如下：收稿日期：2012—03—182数值模拟结果分析作者简介：蔡忠超(1985一)，男，助理工程师。20

5、10年毕业于辽宁工程技术大学，采矿工程专业硕士，现在中煤科工集2．1垂直应力场分布规律团沈阳设计研究院从事露天矿开采设计工作。数值计算得出露井联采条件下，采空区沿面长·14·露天采矿技术2012g-g4期平位移为0．51．5m。表2不同边坡保护煤柱宽度边坡最小安全系数测点编号12345+边坡保护煤柱宽度400m+边坡保护煤柱宽度375甚十边坡保护煤柱宽度350375m煤柱1．031．O51．O51．o61．o6簿350m煤柱O．95O．97O．981．021．03趟边坡不稳定将会发生滑动。针对该露天矿的实际开采情况，可以

6、定义350m这一边坡保护煤柱宽度为0255075100125150边坡高度／m一个界限值，所以该露天矿临近矿井井工开采时要图7迎坡面300m测线边坡表面水平位移对比图保证其停采线距露天边坡所留保护煤柱宽度在350m以上，以保证露天矿的边坡稳定，正常生产。由此可见，井工开采对其影响范围内的露天边坡的变形及稳定性影响明显，边坡地表位移随着井3结论工开采工作面的逼近，其水平位移不断增大；边坡保护煤柱宽度为400m、375m时邻近露天边坡及边坡1)露井联采条件下，采空区上覆岩层垂直应力降表面的水平位移、最大位移比较接近；而边坡保

7、护煤低，沿面长方向剖面上的垂直应力呈不对称分布，邻柱宽度为350m时的邻近边坡区域及边坡表面的水近露天开采区垂直应力降低的范围、幅度较远离露平位移、最大位移要比边坡保护煤柱宽度为400m、天开采区的大，且随边坡保护煤柱宽度的减小，邻近375m时要大得多，此时边坡发生滑移的危险性较大。露天开采区的垂直应力减低范围、幅度增大，采空区沿2-3边坡安全系数的变化规律面长方向剖面上垂直应力呈不对称分布性越明显。边坡安全系数是反映边坡稳定性的重要参数。2)露井联采条件下，井工开采对其影响范围内《岩土工程勘察规范》(GB50021—9

8、4)针对弧形滑动、露天边坡的变形及稳定性影响明显且边坡地表位移平面滑动、楔形四面体滑动3种破坏形式规定：随着井工开采工作面的逼近，其位移不断增大。1)新设计的边坡，对工程安全等级为一级的边3)当边坡保护煤柱宽度为400m、375m时边坡坡工程，安全系数取值宜采用1．30～1．50；工程等级的安全系数均大于1，边坡不会