关键词:
采空区
采动斜坡
变形特征
稳定性研究
数值模拟
摘要:
近年来我国西部丰富的煤炭资源成为了开发的重点,西部山区缓倾斜煤层开采规模日益扩大,井工开采导致山区斜坡失稳,引起滑坡、崩塌等一系列地质灾害,对矿区人民的生命安全以及当地经济的发展产生了巨大的威胁。现场调查发现山区缓倾斜煤层开采引起的斜坡变形破坏受到煤层覆存条件,煤层开采方式,工作面与斜坡的相对位置等因素的影响控制,不同的影响因素会对采动斜坡变形以及稳定性造成不同的影响。通过对采动斜坡变形影响以及稳定性的研究,可以总结采动斜坡的变形规律,了解采动斜坡失稳破坏机理和影响稳定性的因素,为类似的矿区井工开采方式提供参考,为当地经济发展和环境保护找到一个平衡点,达到减少矿山地质灾害,保护矿区人民的生命财产安全的目的。本文对缓倾斜煤层开采条件下采动斜坡的位移、应力应变特征以及稳定性进行计算,分析研究不同影响因素对采动斜坡的变形特征以及稳定性的影响。首先对缓倾斜煤层开采条件下采动斜坡采空区覆岩及斜坡的应力分布特征、变形特征进行总结分析,在上述分析的基础上,选取矿区内白家沟旁采动斜坡作为研究对象,结合研究区地质条件与煤层开采条件使用Midas/GTS NX有限元数值模拟软件建立三维数值模型,通过数值模拟和理论分析相结合的方式进行研究。最后以白家沟区域为原型通过改变煤层覆存条件、工作面开采位置和煤层开采方式,建立多个三维模型,模拟斜坡的位移、应力应变的变化情况,计算采动斜坡的稳定性,总结不同因素对采动斜坡的变形特征以及稳定性的影响。研究结果表明:(1)除煤层赋存条件不同而其他条件相同的状态下,顺倾煤层开采不利于山区斜坡的稳定,倾角越大稳定性越差,逆倾煤层开采有利于山区斜坡的稳定,倾角越大稳定性越好,水平煤层稳定性居于两者之间。(2)工作面开采位置会影响山区采动斜坡破坏类型和稳定性。在山区,工作面布置在一侧斜坡后方时,两侧斜坡所受影响较小,斜坡稳定性较好;布置在一侧斜坡下方和沟谷中间时,采动斜坡稳定性较差,容易失稳发生滑动破坏,不同之处在于前者破坏类型为推移式滑坡,后者破坏类型为牵引式滑坡,且受降雨影响,推移式滑坡破坏程度往往比牵引式滑坡更严重。(3)重复采动和初次开采相比,斜坡地表受影响区域范围增大,地表沉降增加,坡脚处的剪切破坏加剧,采动斜坡稳定性下降,不利于采动斜坡的稳定。