准东露天矿软岩边坡动力失稳规律及高段内排安全控制技术研究

发布时间：2020-11-14 06:40

　　 新疆是“一带一路”建设沿线的重要节点,在能源保障和技术输出方面一直担负着重要的任务。准东煤田作为新疆的第三大煤田,有40%的储量适合采用露天开采。准东煤田的多座露天矿目前已接近转向阶段,一系列的相似的工程和安全问题在这一区域集中涌现,针对准东露天矿生产过程中的典型安全技术问题进行研究,其成果将在整个准东煤田具有良好的推广性。采用地质调查和数据分析等手段,查明了的影响准东露天矿边坡稳定的三类主要因素;确定了的地质构造属简单型、岩体为易崩解软岩;阐明了采场边坡的失稳模式以顺层滑坡为主,排土场边坡以圆弧滑坡为主,复合边坡以圆弧-顺层滑坡为主。根据构造应力图解方法确定准东矿区的水平主应力方向为N21°E,该应力对边坡稳定性影响较小。从理论上分析了振动液化形成的原因以及液化后的物理力学特征,结合准东露天矿的振动源类型,设计不同工况的振动条件探索砂土边坡的动力稳定性。试验测定不同振动加速度和振动频率条件下砂土边坡的超静孔隙水压力和超孔压比的时程变化规律,结果表明:振动加速度或振动频率越大,砂土边坡峰值超静孔隙水压力越高,并且达到峰值的时间越短。建立了倾斜基底上排土场堆载形成的边坡几何结构、力学模型,揭示了排土场边坡稳定性随着高度的增长呈二次函数规律递减。综合排土场倾斜基底稳定性、边坡稳定性和最大边坡角这三个因素,构建了内、外排土场稳定性线性规划模型,提供了确定边坡最大安全角度的方法。建立了非对称排土场三维受力模型,引入排土场两侧基底的支撑力,修正了非对称基底软岩排土场的稳定性计算方法。根据自重应力和侧压计算方法,推导出了陡帮开采过程中,端帮岩体有效抗剪强度和正应力的计算公式,揭示了有效抗剪强度随边坡角度增大呈余切函数规律递减,正应力与端帮边坡角呈负相关。建立倾斜条件下非对称弱层挤压模型,确定了临空侧弱层挤出时上覆堆载体需要满足的最小厚度。针对准东露天矿顺倾基底弱层的特征,提出了弱层挤出控制方法。建立排土场凹形边坡力学模型,基于极限平衡原理和条分法推导出了凹形排土场边坡稳定系数计算方法。采用模拟分析确定准东露天矿平直和凹形排土台阶的最大安全高度分别为64m和80m。内排跟进压帮之后首采区西帮靠帮开采的最佳角度为38°。通过分析准东露天矿当前面临的剥离物下行运输的问题,论证了倾斜端帮下行运输与排土场下行运输的技术经济性,提出了端帮道路优化解决重车下行方案,取消▽430水平端帮路,设置▽414水平西端帮路,内排土场台阶并段形成▽414水平台阶及新▽462水平台阶,提供了后续生产过程中端帮并段及排土场升段工程实施方案。该论文有图75幅,表9个,参考文献124篇。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD824.7
【部分图文】：

源保障和技术输出方面一直担负着重要的任务。新疆地区的煤储量巨大：总储量2.19万亿吨，相当于中国煤矿总储量的2/5。新疆95%的煤炭储量集中在六大煤田，分别为准东、准南、伊犁、吐哈、库拜和准北煤田，六大煤田的分布如图1-1所示。

南部沿煤层倾向向南推进至矿田南部境界。扇形发展转向，向北推进，转入三采区进行开采。三采区向北推进至矿田北部境界，再转向进行四采区开采。首采区西帮采用内排压帮，其他采区采用留沟内排接续的开采方案，见图1-3。准东露天矿一期工程建设规模为10.00Mt/a，后期过渡到总体规划建设规模20.00Mt/a。准东矿四个采区境界内可采原煤量约为2155.78Mt，按一期工程建设规模10.00Mt/a，露天矿全区均衡服务年限为196a。首采区开采境界内可采原煤量为591.57Mt，均衡服务年限为67.2a。二采区开采境界内可采原煤量为291.16Mt，

5达60m；内排土场长度1.2 km、宽度约1 km，最大排弃高度140m。准东露天矿采场现状见图1-4。图 1-4 准东露天矿 2018 年底采场现状图Figure 1-4 Mining status of the Zhundong open-pit mine stope at the end of 2018目前，准东露天矿已经基本完成了首采区的转向工作，整体发展势头良好。在转向过程中，如何保证边坡稳定性、提高端帮角度，对于降低剥采比、增加矿山经济效益具有重要的意义。在准东煤田，由于成煤条件的差异和地质构造的影响，其煤层赋存条件多为倾斜和缓倾斜煤层，这给内排压帮造成了一定的困难，随着转向的完成，具备了一定的内排条件，提高了边坡的稳定性，此时，端帮具有进一步加陡的条件。为了提高资源回收率，实现节地减损开采，准东露天矿可以采用靠帮开采方案，但是，对于合理的陡帮角度和可行的开采方案需要有充分、可靠的边坡安全评价作为依据
【参考文献】

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本文编号：2883198