露天煤矿三维边坡稳定性评价方法及其工程应用.pdf

维普资讯 煤矿 安全 (2008一o9) ·57· 露天煤矿三维边坡稳定性评价方法 及其工程应用 王树仁，魏 翔，武崇福 (燕山大学建筑工程与力学学院，河北秦皇岛066004) 摘 要：以安太堡露天矿西端帮73200地质剖面为工程背景，构建了三维长直边坡的工程地质模 型和数值计算模型，应用有限差分程序 FLAC如，研究了边坡工程在分步开挖过程中表现出来的 三维变形效应，建立 了变形体力学与刚体极限平衡分析的关系式，据此提出了三维边坡稳定性系 数计算新方法，并成功应用于安太堡露天矿西端帮工程实践，在 陡帮安全回采方面，取得 了良好 的技术经济效益和社会效益。 关键词 ：露天煤矿 ；边坡工程；数值模拟；三维变形效应 ；稳定系数 中图分类号：TD854．6 文献标识码 ：B 文章编号：1003—496X(2008)09—0057—03 1 1 工程概况 1 安太堡露天煤矿位于山西省北部、大同市西南 目 1 坡 约 145km处，交通便利。80年代初，随着我国对外 1 龌 1 开放经济政策的实施，中国煤炭开发总公司与美国 l 西方石油公司签署了合作开发安太堡露天煤矿的协 { 80t 议。安太堡煤矿成为了我 国煤炭企业最早引进外 40 一 ．L 1——一 资、引进先进技术、引进先进设备与先进管理模式， 4400 45o0 46o() 47o0 长度 ／珊 建立起来的以高技术 、高效率、高效益为特点的年产 1500万 t的特大型现代化露天煤矿。 图1 西端帮73200地质剖面示意图 安太堡矿区为典型的黄土丘陵地貌 ，海拔高度 为1190～1470m。矿区地层可以分为 3个表土层 和5个沉积岩组，主要可采煤层 4煤、9煤和 1l煤 皆分布于太原组中。 太原组上覆岩层的石盒子组和山西组地层基本 缺失。太原组的下伏地层有本溪组和朔县组 ¨】。 安太堡露天矿位于二铺背斜区域，矿区发育有 褶皱、断层、节理以及环形陷落构造等。 2 露天边坡开挖三维变形效应研究 2．1 计算模型 图2 计算模型网格划分图 以安太堡露天矿73200地质剖面(如图1)为工 程背景，研究在一定坡高和边坡角下、在分步开挖过 动，底面固定。材料强度计算采用莫尔 一库仑屈服 程中，随边坡长度的变化而显现出来的三维变形效 准则 。 应，构建如下的三维计算模型 (如图2)。计算范围 根据现场取样和岩石力学试验结果，并考虑到 长 X宽X高=554mX500mX300m，共划分52250 岩石的尺度效应，计算采用的岩体力学参数见表 1。 个单元，57120个节点。模型4个侧面限制水平移 2．2 方案分析 维普资讯