哈尔乌素露天煤矿非工作帮稳定时效性研究

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对于大型近水平露天煤矿而言,实现内排后采场的非工作帮主要是指端帮。由于在开采过程中工作帮和内排土场边坡不断地推进,采场端帮处在一个从形成到掩埋的动态交替过程,端帮边坡主要经历了形成、暂时存在和被掩埋三个阶段。而传统的露天矿边坡设计一般是采用岩石瞬时强度参数进行的静态、永久性设计,没有考虑端帮的时效性,造成大量的端帮压煤。因此,可通过研究端帮的动态发展过程,将边坡从永久性过渡到时效性,为实现提高端帮边坡角、回收端帮压煤提供理论支持。  论文以现有的时效边坡研究成果为基础,结合哈尔乌素露天煤矿生产现状和边坡现状,确定端帮的动态发展过程,并把时间因素加入到边坡的稳定性分析中,从空间、时间角度对边坡时效性进行研究。在空间方面,根据端帮的空间位置以及内在构成,将实现内排后的露天煤矿端帮简化为两端固定的组合梁模型,由于在自重的作用下端帮出现一定的下沉,故可按照梁的相关知识分析端帮内岩层的力学特点。通过分析滑坡破坏的形式以及岩层力学特点,以摩尔-库伦准则为破坏依据,可得出端帮边坡内岩层的最大暴露长度,进一步可确定整个端帮的合理暴露长度。在时间方面,由于边坡形成后主要经历蠕动变形期和临滑破坏期两个阶段,所以论文通过三轴蠕变实验以及数值模拟技术,分析蠕变过程中岩石在各阶段的变形以及相应的强度特点,得出当岩石所受载荷大于其长期强度时,岩石的强度会随着作用时间逐渐降低,且强度下降速率以及总量与蠕变时间、轴向应力成正比关系、与围压成反比关系,最终通过数据拟合得出了矿区内泥岩、粗砂岩的强度弱化规律。  最后,在露天煤矿端帮上选取完整剖面,按照岩石强度弱化规律,利用FLAC3D分析不同暴露时间节点的端帮稳定性,得出“时间-边坡角-稳定系数”三者的变化关系。然后根据“边坡暴露时间”小于“边坡稳定存在时间”的原则以及内排压帮对端帮稳定性的影响,可得出在稳定的前提下,哈尔乌素露天煤矿南端帮可以从38°加陡至42°,北端帮可以从37°加陡至39°。
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