井采影响下露天矿边坡岩层移动规律研究

井采影响下露天矿边坡岩层移动规律研究

赵阿日斯楞、邓武

包头市资达爆破设计施工有限责任公司 内蒙古包头市，014000

摘要：随着我国露天矿山的不断开发和深入，井采影响下边坡岩层稳定性问题日益突出。井采过程中，边坡岩体受到开采扰动，导致其内部应力分布发生变化，进而影响边坡稳定性。

关键词：井采；露天矿；边坡岩层；移动规律

引言

露天矿边坡稳定性问题一直是岩土工程领域的重点课题，涉及矿山企业的生产安全和效益。随着矿山开采深度的增加，井工开采对边坡岩层稳定性的影响愈发显著。因此，研究井采影响下露天矿边坡岩层移动规律具有重要的理论和实践意义。

一、边坡岩层移动的主要特点

（1）岩层内部应力分布的变化：井采过程中，岩层内部应力分布会发生明显变化。在采空区上方，边坡岩体内部主应力方向发生偏转，主应力差增大。此外，坡顶和靠近边坡面的背斜轴部出现拉应力，这使得岩层更容易发生拉伸变形和破裂。（2）弱面承受的剪应力增大：井采活动导致边坡岩体中的剪应力分布发生变化。在弱面处，剪应力增大，容易引发岩层的剪切变形和滑动。此外，边坡岩体中的节理、裂隙等结构面也会在剪应力的作用下进一步扩展，加剧岩层的破裂和移动。（3）应力集中现象：在边坡岩体中，靠近采空区边缘和煤柱部位容易产生应力集中现象。这种应力集中会导致岩层的局部破坏和变形，进一步影响边坡稳定性。（4）岩层移动的时空特性：井采影响下的边坡岩层移动具有明显的时空特性。在采矿过程中，岩层移动随着采深的增加而逐渐加剧。同时，岩层移动在空间上表现为由采空区向边坡方向的逐渐扩展。在时间上，岩层移动受采矿速度、矿岩性质等因素影响，具有非线性增长特征。

二、井采对露天矿边坡岩层移动影响

2.1应力分布影响

井采活动会导致边坡岩体内部应力分布发生变化。采空区上方边坡岩体内部主应力方向发生偏转，主应力差增大。在坡顶和靠近边坡面的背斜轴部出现拉应力。此外，弱面承受的剪应力增大，坡角和煤柱部位出现应力集中现象。

2.2位移变化影响

井采过程中，边坡岩体受到采动影响，产生位移变化。采空区的形成使得边坡岩体失去支撑，导致岩层向下和向边坡内部发生位移。随着采深的增加，位移速度和位移量逐渐增大。此外，边坡岩体表面出现沉降和鼓包等现象，进一步影响边坡稳定性。

2.3裂隙扩展影响

井采活动会导致岩体内部裂隙的扩展和发育。采动过程中，应力集中和剪应力的增大使得原有裂隙逐渐扩展，形成新的裂隙。这些裂隙在边坡岩体内分布不均，降低了岩体的整体强度和稳定性。在边坡表面和内部，裂隙的扩展可能导致岩层破碎、松散，进而影响边坡的稳定性。

2.4边坡稳定性影响

井采对边坡稳定性的影响是多方面的。首先，采动导致边坡岩体内部应力分布不均，使得局部区域出现应力集中，增加了边坡岩体的破坏风险。其次，边坡岩体位移变化和裂隙扩展加剧了岩体的劣化过程，降低了边坡稳定性。最后，采动过程中边坡岩体内部和表面的裂隙发育，为地下水侵蚀和岩体风化提供了通道，进一步削弱了边坡稳定性。

三、井采影响下露天矿边坡岩层移动规律研究策略

3.1优化开采顺序和开采参数

优化开采顺序和开采参数的重要性在于提高矿山生产效率，降低开采风险，延长矿山服务寿命。通过合理调整开采顺序，我们可以避免同时开采多个工作面，从而减小边坡岩体应力集中程度。这种集中程度过高可能导致岩体破裂，引发边坡滑坡等安全事故。另一方面，合理控制开采速度和开采深度也是至关重要的。高速开采容易导致岩层移动速率过快，加大矿山压力，加速岩体破裂。而深度开采则会使岩层承受更大的地压，增加开采难度和风险。因此，我们需要在保证生产效率的同时，控制开采速度和深度，降低岩层移动速率，从而确保矿山开采的安全和稳定。此外，优化开采顺序和开采参数还有助于减轻环境污染和生态破坏。合理调整开采顺序和速度，可以减少岩层破裂产生的粉尘、废水等污染物，降低对环境的影响。同时，通过控制开采深度，可以避免地面沉降、水资源破坏等生态问题。

3.2强化边坡岩体加固措施

强化边坡岩体加固是当前我国边坡治理的重要措施之一。边坡岩体的稳定性和抗变形能力的提高，不仅可以保障边坡的安全稳定，减少地质灾害的发生，还能为我国基础设施建设和资源开发提供有力的保障。锚杆、锚索、喷浆等加固措施是强化边坡岩体加固的主要手段。锚杆和锚索是通过锚固在岩体内部，形成对岩体的支撑作用，提高岩体的整体稳定性。喷浆则是通过喷射混凝土或其他材料，对边坡岩体进行覆盖和填充，增强岩体的抗变形能力。另一方面，对软弱岩层和断层破碎带进行注浆加固，也是强化边坡岩体加固的重要措施。注浆加固是通过将浆液注入软弱岩层和断层破碎带，填充其裂缝和空隙，提高其整体稳定性和抗变形能力。此举可以有效减小岩层的移动，从而保障边坡的稳定。

3.3优化排水系统

优化排水系统加强边坡岩体排水，降低地下水位，减小地下水对岩层移动的影响。合理布置排水设施，确保边坡岩体处于干燥状态，这对于维护岩体的稳定性和安全性至关重要。接下来，我们将探讨如何在实际工程中实施这些措施，以提高边坡岩体的稳定性。首先，针对边坡岩体的特点，设计合理的排水方案。这包括确定排水设施的类型、尺寸、布局和施工技术等。对于不同的边坡岩体，应根据其地质条件、岩性、地下水位等因素，有针对性地制定排水方案。此外，排水设施的设计应考虑到长期运行的需要，确保排水效果持久稳定。其次，加强排水设施的施工和验收环节。在施工过程中，严格遵循设计要求，确保排水设施的质量和性能。施工完成后，进行严格的验收工作，对排水设施的运行效果进行全面评估。只有确保排水设施的正常运行，才能有效地降低地下水位，减小地下水对岩层移动的影响。

3.4监测与预警

边坡岩层移动监测系统的建立对于保障边坡稳定性具有重要意义。该系统可以实时监测边坡岩层的微小变化，通过对这些变化的数据分析，我们可以及时掌握边坡的稳定性状况，从而在边坡出现安全隐患之前发出预警，避免可能的灾难性后果。边坡岩层移动监测系统的工作原理是通过安装在边坡上的传感器收集岩层移动的数据，然后将这些数据传输到中央处理器进行分析和处理。一旦发现岩层移动超出预设的安全范围，系统就会立即发出预警信号，提示相关人员采取措施。在实际应用中，边坡岩层移动监测系统已经发挥了重要作用。例如，在我国某大型露天矿山上，该系统成功预警了一次边坡岩层滑坡事故，使得矿山及时采取了安全防范措施，避免了人员伤亡和财产损失。这次成功的案例充分证明了边坡岩层移动监测系统在边坡稳定性管理中的重要作用。然而，边坡岩层移动监测系统的建立和运行并非易事。首先，需要在边坡上布设大量的传感器，这需要对边坡的地质条件有深入了解。其次，传感器的安装和数据传输线路的铺设需要耗费大量的人力和物力。此外，对于监测数据的分析处理也需要专业人员进行持续的关注和研究。

结语

分析了井采影响下露天矿边坡岩层移动规律，并探讨了相应的控制策略。通过优化开采顺序和开采参数、强化边坡岩体加固措施、优化排水系统以及监测与预警等方法，可以有效控制井采影响下露天矿边坡岩层的移动，保障矿山安全生产。

参考文献

［1］煤炭科学研究总院沈阳研究院.井采影响下安家岭矿露井时空关系于边坡稳定性研究［R］.抚顺：煤炭科学研究总院沈阳研究院，2018.

［2］徐杨青，吴西臣.井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究［J］.工程地质学报，2019（18）：333-339.

［3］王振伟，王来贵，王建国.井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究［J］.矿业研究与开发，2019（2）：13-15.