文摘

边坡稳定性分析是重要的安全开采矿产资源。采空区在黄土沟壑的崩溃会导致表面山体滑坡等自然灾害。在这种背景下,本研究分析监控数据从表面观察获得的东矿区Hanjiawan煤矿地质条件的基础上。监测结果表明,工作面经历一段开始,一个活跃的时期,和下降时期,从一开始的采矿工作面。在最初的开采阶段,没有明显的地表移动和变形的矿区。当12106工作面推进距离13米和109米之间,地表移动和变形变化很大,最大沉降达到1963毫米,足以导致山体滑坡。我们选择的物理力学参数在煤矿岩石和土壤,然后模拟表面滑坡的形成机制在不同坡角的矿区使用应用FLAC3D软件。由于采空区的崩溃,上覆地层结构破坏,沉陷盆地中心转移到作为一个整体,和斜率质量受到拉伸和压缩变形,导致塑性损伤,发展向下沿裂纹并导致崩溃,因为表面的不连续的运动和变形;此外,步进式地面裂缝产生。结果还表明,当坡度角大于60°,边坡的位移质量不均匀,与大排量和岩层的位置失去支持,导致山体滑坡; when the slope angle is less than 30°, the bedrock surface forms a sliding surface and develops to the surface, thus decreasing the possibility of landslides. Based on the stability analysis of the collapsed slope in the goaf of the loess gully, a scientific basis is provided for the effective prevention and control of geological disasters in the Shendong mining area.

1。介绍

在中国黄土沟壑主要分布在西北地区。黄土冲沟是一种特殊地质构造位于平原和高原地区之间的过渡区。覆盖层黄土沟壑的侵蚀会导致陡沟由于雨水侵蚀,使等领域的地质条件非常复杂(1,2]。由于大量的地表水和土壤流失在黄土沟壑,沟壑纵横交错。在这样的地质条件进行煤层开采会导致地表沉陷,甚至地质灾害如滑坡、崩塌、泥石流(3]。黄土冲沟区域主要包括三种类型的地形:黄土丘陵沟壑地区,黄土残余沟地区,黄土高原沟地区。地质灾害的频率高于平原黄土沟壑。更严重的类型的滑坡灾害,地面裂缝,地表沉陷,泥石流,洞穴坍塌4]。黄土冲沟东地区占据了很大一部分的整个矿区,和表面被黄土覆盖,厚度约70 - 80米的范围内(5,6]。在自然条件下,由于外部力量,如地质运动和雨水侵蚀,黄土表现出一些特殊的特点,起伏的地形,损坏表面,覆盖着厚厚的loess-layer和高沟密度。

近年来全面提高中国矿业开采灾害管理的研究和研究小组,使其研究的最新热点话题之一。陈等人。7,8]认为十二landslide-related滑坡敏感性参数映射,包括边坡角、边坡方面,计划曲率、曲率,高度,土地使用、故障距离,距离公路,距离河流、岩性、降雨。刘等人。9,10)获得的地质力量指数的分布(GSI)使用geostatistics-based方法确定机械参数的空间变异性。在采矿工程岩体的力学参数可以通过空间变异性特征和时间衰减,而这些在边坡稳定分析中发挥重要作用。李等人。11- - - - - -14]探索滑坡在不同的发展阶段,滑坡变形过程分为四个阶段:初始变形,变形均匀,加速变形,突然变形。相关性分析方法用于确定研究区滑坡的特点。张(15)选择山煤矿为研究对象,基于现场测量数据,使用Moore-Coulomb标准计算开采滑坡裂缝表面压力的分布和潜在滑坡的区域。黄(16)建立了地表移动和变形观测站在第一个矿业面对Zhaojiazhai煤矿,总结了表面裂缝的特点,并计算了边界角、运动角度,最大沉降值和最大沉降的速度开采的脸。刘(17]分析了表面的运动和变形规律,结合地表监测数据挖掘面临的Ningtiaota煤矿,并进行了数值模拟开采的工作面。

Hungr et al。18- - - - - -20.)建议修改定义landslide-forming材料符合公认的岩土和地质术语的岩石和土壤。Bui et al。21,22]探索一些新的先进的精密的机器学习技术,介绍了浅层滑坡敏感性模型的训练和验证框架使用最新的统计方法。Corominas et al。23- - - - - -25)推荐的方法定量分析滑坡的危险,脆弱,和风险在不同空间尺度上(特定场地、本地、地区和国家),以及结果的验证和确认。露西et al。26- - - - - -28)提出了一种灵活的、具有成本效益,精确的方法来监测滑坡使用小型无人机(UAV)空中成像。Tehrany et al。29日)概述了最近的文献高分辨率地形分析和介绍了高分辨率地形、机载和地面技术开放途径分析滑坡、山坡、渠道化的过程。Trigila et al。30.,31日)定义可靠的浅层滑坡敏感性模型使用逻辑回归和随机与森林有关的多元统计技术。

尽管先前的研究已经提供了宝贵的见解黄土沟壑的特点,他们没有考虑矿产资源的开采在特殊工程地质条件与黄土沟壑的工程背景。在这种情况下,由于矿产资源的开采上覆岩层应力状态的影响,我们认为黄土冲沟地区的工程地质为背景和土壤边坡划分为不同的类型。此外,我们计算地面的沉降量和沉降速度运动变形在创业期间,活跃,和经济衰退时期,结合Hanjiawan煤矿工作面开采条件,这个概要文件布局从地表移动观测获得,根据监测数据,并分析边坡的岩土力学参数的质量,利用FLAC3D软件软件。的位移向量Hanjiawan煤矿12106工作面在不同坡度条件下分析了水平和垂直方向,和破坏规则的确定塑性区。

2。斜率的黄土沟壑

2.1。边坡破坏类型

在中国,黄土冲沟地区是一个特殊的地形结构,陕北地区广泛分布,其斜率大规模变形很复杂。煤炭资源的开采引起地表移动和变形,这就增加了地质灾害的风险。黄土沟壑有独特的力学特性和特殊地质结构。在旱季和雨季交替,区域的变形特性十分复杂。基于黄土沟壑的实地调查,地质专家分类黄土沟壑的损伤分为四种类型:崩溃,剥落、滑坡、地面裂缝。

2.1.1。崩溃

如果联合表面土壤边坡滑移和打乱,受自身重量,边坡质量的整体崩溃的现象叫做崩溃(32]。黄土的大坡度角层和累积层的高度是崩溃的主要原因。考虑到大型表土层的厚度和高度的垂直裂缝发展黄土冲沟区域,斜率质量可能崩溃由于雨水侵蚀,强风,和/或腐蚀砂在很短的时间内,和倒塌的土壤通常会积聚在街区脚下的斜率。由于黄土层包含粗砾石和长时间被风雨侵蚀,积累的大量的土壤脚下的斜率将形成第二个崩溃。严重的表面变形是由于开采,导致表面裂缝宽2米,深如15 - 20 m,如图1。

2.1.2。剥落

土层边坡剥落是一种常见的运动和变形机制黄土沟壑。这种现象可能会发生在每个松散土层;然而,土层结构和地区有不同的特征33]。因为运动和变形分布广泛的这种类型的地层结构,他们没有完整性和连续性,所以没有具体的修复计划。受降水影响和自然风化、黄土沟壑区的阶层结构的变化,土壤养分流失,植物根系摧毁。许多类型的土壤剥落发生在斜坡上,主要包括分层剥落,剥落,剥落。此外,鳞片脱落,如图2。

2.1.3。滑坡

在黄土冲沟的地形条件,重要的地方发生滑动沿着山坡土壤称为滑坡。相对陡峭斜坡的顶端,脚趾斜率通常是温和的34]。黄土斜坡在自然环境侵蚀了很长时间,导致边坡的结构损伤,减少土壤的压力强度在黄土冲沟地区,导致黄土边坡的稳定性的破坏,并导致滑坡灾害。同时,影响黄土冲沟地区的地下煤层开采地表移动和变形非常复杂。由于不连续的变化过程和土壤的松动,黄土斜坡的重量也会引起地表移动和变形和滑坡。

2.1.4。地面裂缝

地面裂缝的主要类型是在黄土冲沟地区地表采矿破坏。表面裂纹在黄土覆盖层可分为封闭裂缝和永久的裂缝。封闭裂缝的发展工作的脸,拉裂缝出现在工作面前(35]。后推进一定距离的裂缝,裂缝是沿着矿业面临关闭,出现在某一个步骤。永久的裂缝主要集中在采空区的边界附近,和大裂缝组三到五都伴随着二次裂纹的生成。这种类型的裂纹损伤是不利于表面施工设施、耕地、地表植被和地下水。

2.2。降雨对边坡的影响

黄土冲沟地区是中国西部的一个独特的地貌类型,及其组成结构相对单一。黄土的形式通常是块和粉。由于土壤大孔隙结构的影响,黄土冲沟地区高度的垂直方向的裂缝发展,可以有更高的稳定性在干燥的环境中,但是在降水环境中,土层会吸收水分,软化,其强度将降低。此外,黄土层表现出不同的特征,它遇到水。扫描电子显微镜(SEM)已经应用于扫描黄土在降水和干旱地区观察结构变化在不同的区域环境36,37]。由于孔隙度发展的高度在降水条件下黄土沟壑,雨水可以穿透底部斜率的质量,从而影响其稳定性。

降水是导致滑坡的主要因素沟地区的黄土高原。雨可以通过四个主要导致山体滑坡机制:放松的土壤由于暴雨,河床上升,水库的洪水,破坏拦截坝(38]。受雨水影响环境,黄土冲沟地区主要土层结构松散,主要体现在边坡的位移由高到低;凝聚力和内摩擦角降低;边坡的稳定质量恶化,表面的斜率逐渐受到基岩滑动表面的影响。这一点,再加上采矿等因素,很容易造成山体滑坡。

研究雨水在黄土层的影响,降水和干旱地区的土壤样品进行扫描用电子显微镜放大300倍,比较分析。图3显示了SEM的结果。黄土的SEM照片表明,水环境对土壤结构有很大的影响。之前遇到水,黄土颗粒均匀分布在空间和高强度;之后,黄土颗粒胶结,和孔隙结构紧密排列,明显的折叠。

3所示。滑坡特征和边坡稳定分析

3.1。工程地质条件

Hanjiawan煤矿是夹在Qingshuichuan地堑,区域曲折的皮带,黄河。在矿区地质条件复杂,矿产资源赋存结构单一。整个层展品在西北方向的单斜结构。区域地层结构相对温和,倾角范围内的2 - 9°;然而,在褶皱带和西,地层发生迅速将趋于陡峭,30°坡度角。本节概述研究的区域。Hanjiawan煤矿位于北部东矿区。南北勘探面积6.5 -10.8公里长,和勘探面积是46.52公里²;它位于榆林城市,陕西省。该地区的特点是低山的北部黄土高原陕西(图4)。这是一个典型的黄土高原地貌。表面是被松散覆盖层和厚湿陷性黄土。岩石露头只是位于山谷和斜坡过渡区。峡谷是垂直和水平,地形陡峭。受自然因素的影响,地形严重受损,硅谷切深,斜率是陡峭的,形状是“V”。在硅谷有很多危险的岩石,陡峭的山脊在;沟床主要是由冲积矿床与小厚度;基岩暴露在本地;山谷斜坡上的基石是暴露在大面积覆盖,部分剩余斜率存款,和厚度不大。

3.2。开采滑坡特征

西黄土冲沟地区位于地壳上升和下降的过渡区。如果斜率质量有足够的稳定性,它不会形成滑坡。山谷底部的边缘在黄土冲沟是陡峭的,和斜坡的角度质量大于平均30°,即。,the slope below the valley edge is close to or greater than the friction angle (21–32°), indicating that the structural stability of the slope mass is poor. The valleys in the loess gullies are cut in a crisscross pattern, and the relative height typically ranges from tens of meters to hundreds of meters. The loess layer has been cut below the loess layer. This unique erosion of the loess provides a platform for landslides. In addition, the loess layer structure in the groundwater seepage layer is below the water-proof layer, and its stratum structure is unstable [39- - - - - -41]。由于岩性的影响,结构和沟地形、斜坡的底部质量的稳定性很差。

在矿坑山谷的矿区,由于大型边坡的山谷和边坡的稳定性差质量,这个区域是山滑坡的最活跃的领域。同时,河里有腐蚀性影响边坡质量。山体滑坡的发生有直接的影响。黄土冲沟的薄弱部分区域被侵蚀,山谷被削减更大程度上,表面造成严重破坏和滑坡的发生创造了有利条件。地表沉陷的共同特点和矿业开采引起的山体滑坡,斜率的high-displacement部分沿着山体滑坡和小排量的部分,和山体滑坡直接影响地表变形(42- - - - - -44]。表面土层边坡质量普遍受到非均匀应力的影响。表面裂纹的深度开发和一步沉降高度的确定边坡的坡度范围质量。岩石边坡的滑坡是在自由表面和幻灯片低相对滑动位移的形式。滑坡的范围密切相关矿区但主要依赖于采矿地质条件。

3.3。评价矿区土地破坏的

受自然环境的影响,研究地区的斜坡深感削减在纵向方向上和容易地表移动和变形。特殊的地质结构的黄土沟壑,边坡稳定G作为一个索引的地表开采条件(45- - - - - -48]。可以表达边坡稳定的主要影响因素如下: 在哪里边坡角(°);h斜率是高度(米);是土壤密度(公斤/米³);c斜率是凝聚力(kPa);和内摩擦角(°)。为了分析这五个因素对边坡稳定性的影响,正交试验法用于计算不同因素下的边坡稳定性。为方便研究,在这个实验中基本边坡模型是一个均匀土壤的斜率。斜率是25°角,斜率高30米,土壤密度是1700公斤/米³斜率凝聚力是10 kPa,内摩擦角是16°。为了充分分析不同影响因素的影响,五因素三水平选择计算(45- - - - - -48]。每个因素的价值范围分为三个水平(见表1)。假设每个因素没有交互,即计算的数量是9次,计算结果如表所示2。

计算结果表明,在每一层的稳定性是有区别的斜率。差分法是用来计算的最大和最小值之间的差别水平的稳定;表明边坡质量。结构的不连续性的程度越大,越大R值,表明这个层次的因素有一个更大的对边坡稳定性的影响,同时也表明这个因素的变化将显著影响计算结果49- - - - - -51]。表3列出分析结果范围。

范围的计算结果表明,该范围边坡角大于范围R另一个影响因素,每个因素的范围的大小排名如下: ,倾斜角变化相对于其他因素。它有一个显著的影响边坡稳定的质量,和范围内部凝聚力的斜率是最低的因素之一。这表明内部凝聚力的变化斜率最低对边坡的稳定性影响,边坡的高度、斜率,体积密度和坡内的摩擦。的程度之间的角对边坡稳定性影响的边坡角和高度。

4所示。地表移动和变形规律

矿产资源的开采导致地表移动和变形的动态变化。这个过程参数的变化非常复杂,而且每个表面监视点经历沉没,弯曲、倾斜等现象。因此,有必要研究在开采地表移动和变形的规律。

4.1。建立地表观测站

地表移动观测站的布局分为网格和概要文件类型。表4概述移动观测站的工作面。结合实际情况的Hanjiawan煤矿12106工作面,选择测站是异形。倾斜观测线平行于工作面,227从12106工作面和水平观测线接近山边界在12106工作面和垂直于倾斜垂直观测线B是116运输巷,布局和三个控制点的排列在南部部分罢工观测线,点的数字用KA1-KA3;沿走向和35观察点排列观测线,用ZA1-ZA35点的数字。观察趋势线是垂直于观察趋势线。观察趋势直线B的总长度1120米和215米远离停止线。总共五个控制点排列观测线两边的趋势。数字是用KB1-KB5点。有55个观察点,和数字是用ZB1-ZB55点。测量点之间的间隔是5米。

4.2。地表沉陷率和高度

从一开始开采的工作面,地表移动和变形经历了三个阶段:初创时期,活跃的时期,经济衰退时期。地表沉降速度≤1.67毫米/ d初创时期和活跃时期,和地表沉降速度> 1.67毫米/ d在经济衰退期间。的矿区工作面继续扩大,倒塌的采空区的面积扩大,沉降速度和地表沉陷的监视点也显著增加。当表面的沉降速度不变,开采工作面达到完整的开采状态。随着矿业表面继续扩大,地表下沉速度降低,以及矿业矿业脸上停了一段,每个监测表面的沉降速度逐渐返回零。

基于测点的监测数据Z3、数据5和6表明,工作面推进距离的与地表的下沉量和速度监控。当工作面推进距离的小于13米,表面下沉。量很小,和相应的下沉速度监控点也很低。在这个时候,地表移动和变形的起始时间;随着工作面不断推进,推进13米和109米之间的距离是,地表移动和变形的活跃时期。的表面沉降和沉降率显著增加。沉降速率达到最大值时,增加的地表沉陷量减少,和这种缓慢的增长状态持续了很长一段时间。这是由于悬顶长度后,矿业开采。生成一个下沉的速度当工作面推进一定距离在监视点,和地面沉降也会显著增加。当工作面顶板压力一步到达暂停距离,基本的屋顶坍塌和填充采空区地表以下。 Accordingly, the sinking amount and sinking speed are reduced. When the advancing distance is greater than 109 m, the surface movement and deformation enter the recession period, and the rate of change in the subsidence amount and subsidence speed no longer increases. As the working surface continues to advance, the surface parameter tends to be stable and close to zero.

4.3。地面运动和变形的模型

地表监测数据显示,12106年的工作面Hanjiawan煤矿开采不足,方向垂直于矿业的脸完全挖掘,和方向平行于采矿面开采不足;地表下沉的拐点。偏移量是d的宽度移动下沉盆地的主要部分l(52- - - - - -55]。结合地表沉陷的叠加法,计算公式的采矿地质条件下的地表沉陷可以表示如下:

让 ,然后 。用这些关系到方程(2)的收益率 在哪里最大地表沉陷,(m);是挖掘不足条件下地表沉陷,(m);任意点的距离在下沉盆地中心的采空区,(m); 采矿工作面宽度(米);r是主要的影响半径,(m)。

从方程(3),我们可以得出结论,半无限开采是由叠加两个半无限开采趋势在任意位置y和 ,工作面平行(56]。根据有限元半无限挖掘的法律,代表了部分煤层开采的矿业面临当采矿位置米= 0;代表了半无限开采条件在矿业开采面临的位置米=l。图7给出了半无限叠加算法。

4.4。地表移动和变形参数

地表移动和变形受到许多因素的影响。上覆地层的物理性质、开采宽度,工作面开采速度的发挥决定性的作用在地表移动和变形速度和持续时间(57- - - - - -59]。当工作面进展再和地表沉降较大,沉降速度快;随着开采深度的增加,最大地表下沉速度逐渐降低。结合相关研究文献,最大地表下沉速度最大地表沉陷值成正比,工作面推进速度、沉降系数和开采深度成反比,和重复开采的最大沉降速度大于最初的矿业,和它的关系表达式所示 在哪里是地面的最大下沉速度(毫米/ d);沉降系数;工作面推进速度(米/ d);开采深度(米);和是最大下沉值,(mm)。

通常,地表移动和变形将会持续很长一段时间,平均2 a-3a的时期。如果屋顶是坚硬的岩石,这个时期将持续更多的时间,6。根据地表监测数据,当工作面开采一年,地表移动和变形逐渐稳定。表面观察点Z1,Z2,Z3 Hanjiawan煤矿为研究对象,分别和记录的最大沉降量,最大沉降速度和持续时间的不同时期的三分,如表所示5。

根据监测结果三个观察点,地表移动和变形的初期Hanjiawan煤矿19 d-25 d、活跃的时期是90 d - 99 d,和下降期是200 d - 205 d。矿区地表移动和变形的下降很长一段时间内,和表面的变化往往是稳定的这一时期。表面的初始沉降是81 mm - 86 mm,活动期间的沉降是180毫米。沉降是2毫米- 1913毫米,沉降mm-46 31毫米在经济衰退时期,和地表沉陷速度最快的活跃时期,和最大沉降达到1963毫米。Hanjiawan煤矿的特殊的地质采矿条件下,地表移动和变形的最大沉降速度活跃时期可以达到86毫米/ d。

5。数值模拟

5.1。模型建立过程

5.1.1。模型建立

进一步研究地貌类型对地表移动和变形的影响由于黄土冲沟地区的矿产开发,我们把12106年矿业面对Hanjiawan煤矿为研究对象。由于黄土冲沟面积在特殊的自然环境中,以一个大黄土覆盖厚度和高度的垂直裂缝发育,矿区有一个独特的地貌(60]。表面高程范围从+ 1150 + 1320,+的平均海拔1235米。Hanjiawan煤矿的研究领域是使用FLAC3D软件3 d建模基于莫尔-库仑准则。如图8罢工的长度(x模型的方向)600米,倾斜长度(Y方向)400米,最大长度Z方向是300米,12106工作面是253米的宽度,和开采煤层的平均厚度为6.5米。三维模型的约束模式是基于边界位移约束。根据数据,X,Y,Z方向都受到底部,X和Y方向两端约束边界位移。该模型分为25061个元素和61227个节点。

5.1.2中。边界条件

在这个模型中,正常约束集的模型限制模型的水平运动;垂直和水平约束设置在底部边界模型的限制模型的水平和垂直位移;模型的上表面是一个免费的边界。

5.1.3。配置文件位置

根据12106工作面开采的影响范围,研究内容是基于斜率的质量不同角度来模拟开采后边坡稳定的质量。的X方向建立模型的长度是500米,煤层开挖范围50 - 280米,开挖长度是130米,这是符合实际的开采工作面长度。开采煤层的厚度是2 m,煤层的倾角和基岩24°。我们设置了四个模型的侧面和底部固定表面,和自由表面。然后我们模拟原位应力简化治疗,与自重应力作为初始平衡压力。工作面开采的数值模拟进行压力后岩层达到初始状态。彻底研究边坡稳定的质量在矿区,通过比较不同斜坡的开采条件,研究了影响工作面高和低的斜坡的表面位移矢量和灾害形成的机理,分别。图9显示配置文件位置的不同的斜坡。

12106工作面开挖面积是130米×230米。以矿业面临线为起点和一个开挖步骤50米的距离,我们从西向东沿着方向的剪切和最终的矿业面临停线。然后,我们根据工作表面的倾向,做出一个概要文件调整坡度角,和分析水平和垂直位移向量的塑性区和破坏特征。

5.1.4。计算参数

数值模拟结果表明,岩土力学参数的确定起着决定性的作用在数值模拟结果的可靠性61年,62年]。使数值模拟更符合实际情况,我们得到了煤层的力学特性和物理参数和上覆岩层层基于矿区的工程地质条件和岩石力学实验结果,如表中列出6。

5.2。计算结果

5.2.1。水平位移

图10显示了水平位移矢量的12106工作面不同的斜坡。获得的水平位移云在不同角度表明,①斜率60°时,顶部位移斜率最大,最大位移是70厘米。边坡的位移峰值出现在斜坡的顶端;因为斜率受张力和压缩,从顶部位移脚是不均匀的,顶部的位移斜率变化显著,边坡质量的完整性遭到破坏,和整体趋势是搬到山脚下。②斜率30°时,边坡位移减少在水平方向上,和整体边坡位移的运动制服,没有大型滑坡发生时,斜率是相对稳定的,没有任何雨水侵蚀。

表面被外力干扰时,会有崩溃的迹象。采矿活动引起的上覆岩层移动和变形。积累的松散土层沿着山坡切一块。斜率质量失去连续性,和一个非均匀重力作用发挥作用了。坡脚失去支持,形成一个不均匀的衰退。路堑边坡质量是受重力影响,降低了摩擦系数之间的松散土壤身体和基岩表面,导致滑坡。

5.2.2。垂直位移

图11显示垂直位移矢量的12106工作面不同的斜坡。如垂直位移矢量图所示,在边坡的最低点,屈服区直接发展到表面。不断发展的矿业面临的矿区,由于屋顶覆盖层坍塌压力。坡度角是60°时,岩石的破裂带层扩散到斜坡表面,从而破坏边坡和山体滑坡的风险增加和崩溃。当坡度角为30°,斜率熊表土,自重较低,和屈服区不发达;在这种情况下,边坡表面的质量仍然不受影响,从而确保边坡的完整性。当工作面开采的山谷,因为seam山谷的底部埋藏浅,表面屈服区传播的发展。除了岩石破裂带的形成,岩石断裂直接连接到工作面。雨水冲刷,黄土在山谷的底部直接流到工作面通过断裂带,形成滑坡或崩塌坑。同时,与工作面推进,岩层的断裂和屈服区直接发展到表面。 The surface moves, deforms, and sinks, and the slope mass slips, causing the surface to sink and collapse.

5.2.3。塑性区

图12显示故障分布地图的12106工作面在不同边坡的塑性区。基于塑料的分布图衰竭开采过程中工作面在不同坡角,可以看出,在工作面开采过程中从上到下,工作面周围的岩石断裂的下部边坡大规模移动,然后是塑料故障区域围岩继续逐渐扩展到表面和斜率的质量。最后矿业的脸,上覆地层的崩溃影响表面,边坡结构的完整性遭到破坏,和整体趋势是开发向斜坡的底部。这可能会导致当地山体滑坡、崩塌等灾害。

基于上述分析,开采引起上覆岩层的移动和变形,以及积累的松散土层切坡成为一块,斜率失去连续性,以及重力的影响变得不均匀。坡脚的煤层开采后,斜率是减少,加剧了重力的斜率降低松散的土壤和基岩之间的摩擦系数表面,导致山体滑坡。野外观测和数值模拟都表明,坡角对边坡稳定影响最大的。数值模拟的结果低于野外观测数据,尽管两者的区别是无关紧要的。错误主要是由于岩石参数的简化建模过程。数值模拟部分简化了地质条件和删除一些薄和软弱岩层,这增加的比例在上覆岩层坚硬的岩层,这有利于控制地表下沉和倾斜运动。

6。讨论

基于黄土冲沟地区的地质条件,结合矿区的地表监测数据和数值模拟结果,研究了边坡稳定性在不同坡角。从实际开采的综合分析表面Hanjiawan煤矿灾害,我们可以讨论结果在以下三个方面。(1)当边坡倾角小于30°,整个边坡水平位移的岩石和土壤质量明显降低,相对统一的,只有一个大型边坡发生滑动。当没有由于雨水侵蚀,水平位移是相对稳定的。(2)当倾斜角30°、60°之间的最大水平位移沟坡出现在坡的中间。采矿引起边坡裂缝中间的扩大和发展,形成一步垂直裂缝的斜率沟,沟是削减。由于裂缝的斜率,动态发生滑坡。(3)边坡角大于60°时,边坡的最大水平位移出现在顶部的斜率。顶部位移斜率是重要的,达到超过70厘米,和水平位移斜率是不均匀的。一般来说,顶部位移大,边坡位移的方向脚逐渐减少,导致岩石的顶部边坡失去支持和崩溃,导致崩溃的灾难。

矿业在斜率的影响是有界的裂纹角。裂缝角削减和边坡的岩土层分离。随着工作面继续进步,斜率扩展的裂纹故障区域。斜率的重压下,裂缝变得更广泛。崩溃的灾难发生在一个陡峭的部分。当工作面推进坡脚的位置、坡脚失去支持,坡体的运动加速,和斜率的身体变得不稳定,导致整个坡体崩溃。

7所示。结论

基于滑坡的形成机制和灾害发生条件由于黄土冲沟地区的矿业和结合覆岩结构的特点,在这方面,我们研究了边坡的岩土力学参数的质量和使用应用FLAC3D软件模拟滑坡的发生机理在不同矿区的斜坡。下面的结论可以从这项研究结果:

矿业的脸受到采矿、和上覆岩层层扭曲是由于压缩。矿业的影响下,表面裂纹扩展的方向工作面,发达到一定深度,被拉伸和压缩变形裂缝封闭。的发展深度骨折可以预测基于岩石断裂区域的发展特点。由于山谷裂缝的发展,黄土层向下沿断裂的方向转向形式崩溃,和地面表面生成了地面裂缝由于不连续的运动和变形。

地表的移动和变形可以由三个时期的特点从一开始开采的工作面:初创时期,一个活跃的时期,经济衰退时期。监测数据显示,最大地表沉陷达到1963毫米,最大沉降速度是86毫米/ d,和地表移动变形持续时间长达101 d;与地表移动变形进入经济衰退时期,变化的速度在沉降量和沉降速度不再增加,和表面运动趋于稳定和接近零。

数值模拟结果表明,当坡度角大于60°,顶部的位移斜率大,顶部的位移,中间,和底部的斜率是不均匀的。这时,岩石上的裂缝层发展到表面,基岩面和滑动面形成。条件下的雨侵蚀和基岩的重量,滑动面摩擦系数的降低,导致滑坡。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢中国国家自然科学基金支持本研究。这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号51874230和51874230)。