抚顺西露天矿人车卷边坡失稳演变规律-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
抚顺西露天矿人车卷边坡失稳演变规律
2011-07-25
针对抚顺西露天矿人车卷边坡的变形发展和滑坡, 通过5 种滑坡灾害预报理论的分析, 建立了等维新息V erhulst 和 等维新息尖点突变2 种滑坡预报模型。以抚顺西露天矿人车卷滑坡为例, 进行了滑坡预测, 滑坡体稳定性的演变过程与采矿工程 的关系、边坡体稳定性衰变与位移速率的关系以及“准静态”滑坡失稳体的开采控制。
  第 19 卷 第 4 期 V o l. 19, N o. 4 辽 宁 工 程 技 术 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Journal of L iaoning Technical U niversity (N atural Science) 2000 年 8 月 A ug. , 2000 文 章 编 号 : 1008- 0562 (2000) 04- 0340- 04 抚 顺 西 露 天 矿 人 车 卷 边 坡 失 稳 演 变 规 律 1 1 2 2 3 芮 勇 勤 , 徐 小 荷 , 孙 志 先 , 曹 文 忠 , 梁 冰 ( 1. 东 北 大 学 资 源 环 境 与 土 木 工 程 学 院 ,辽 宁 沈 阳 110006;2. 抚 顺 矿 务 局 西 露 天 矿 ,辽 宁 抚 顺 113001;3. 辽 宁 工 程 技 术 大 学 研 究 生 部 ,辽 宁 阜 新 123000) 摘要针 对 抚 顺 西 露 天 矿 人 车 卷 边 坡 的 变 形 发 展 和 滑 坡 , 通 过 5 种 滑 坡 灾 害 预 报 理 论 的 分 析 , 建 立 了 等 维 新 息 V erhulst 和 等 维 新 息 尖 点 突 变 2 种 滑 坡 预 报 模 型 。 以 抚 顺 西 露 天 矿 人 车 卷 滑 坡 为 例 , 进 行 了 滑 坡 预 测 , 滑 坡 体 稳 定 性 的 演 变 过 程 与 采 矿 工 程 的 关 系 、边 坡 体 稳 定 性 衰 变 与 位 移 速 率 的 关 系 以 及“ 准 静 态 ”滑 坡 失 稳 体 的 开 采 控 制 。 关 键 词露 天 矿 ; 采 矿 工 程 ; 边 坡 工 程 ; 滑 坡 灾 害 ; 预 报 理 论 ; 预 报 模 型 ; 滑 坡 演 变 规 律 中 图 号 TU 457 文 献 标 识 码 : A 0 引言   滑 坡 失 稳 灾 害 一 直 是 困 扰 露 天 矿 生 产 的 重 大 地 状 态 及 变 化 趋 势 , 可 为 准 确 地 进 行 滑 坡 预 报 提 供 依 据 。 质 灾 害 , 为 实 现 变 形 初 期 治 理 、 后 期 预 报 的 目 的 , 在 变 形 失 稳 区 建 立 变 形 观 测 网 点 , 监 测 边 坡 体 变 形 情 况 , 及 时 分 析 变 形 动 态 , 并 实 现 滑 坡 预 测 预 报 , 对 生 产 矿 山 具 有 重 大 意 义 。 当 边 坡 上 观 测 点 位 移 矢 量 方 向 变 化 较 大 时 , 说 明 岩 体 内 部 应 力 处 于 自 组 织 、无 规 律 调 整 阶 段 , 尚 未 Α 进 入 加 速 蠕 变 阶 段 。 F 代 表 测 点 位 移 矢 量 方 向 有 序 系 数 , 其 趋 近 于 1 时 , 表 明 观 测 点 系 位 移 矢 量 方 向 趋 于 有 序 ; F 代 表 测 点 位 移 矢 量 速 率 同 步 系 数 , 其 趋 1 边 坡 坡 表 失 稳 区 域 预 测 v 近 于 1 时 , 表 明 观 测 点 系 位 称 矢 量 速 率 趋 于 等 值 同 步 。当 测 点 位 移 矢 量 方 向 具 有 规 律 性 , 方 向 趋 于 一 致 且 矢 量 速 率 趋 于 递 增 时 , 认 为 边 坡 已 进 入 滑 坡 演 化 的 有 序 状 态 , 进 入 加 速 蠕 变 阶 段 , 此 时 可 以 进 行 滑 坡 滑 坡 失 稳 发 生 和 发 展 具 有 层 次 有 序 的 协 同 系 统 性 , 滑 坡 形 成 前 无 论 是 从 时 间 序 列 或 空 间 方 式 上 都 表 现 出 特 定 的 有 序 性 和 自 组 织 规 律 性 。 这 是 因 为 受 采 动 影 响 , 必 然 引 起 边 坡 岩 体 内 部 应 力 调 整 , 以 求 达 到 新 的 平 衡 , 这 种 应 力 调 整 的 结 果 最 终 是 以 变 形 或 位 移 的 方 式 体 现 出 来 。 [ 7 ] 。 的 预 报 可 见 , 用 位 移 矢 量 分 析 判 断 边 坡 动 态 演 化 滑 坡 的 可 行 性 , 具 有 滑 坡 预 测 预 报 判 据 的 充 分 性 。 通 过 边 坡 蠕 动 变 形 阶 段 的 坡 表 位 移 矢 量 自 组 织 有 序 性 动 态 分 析 , 可 以 揭 示 出 滑 坡 系 统 从 无 序 到 有 序 的 演 化 过 程 。 研 究 滑 坡 孕 育 过 程 中 位 移 矢 量 速 度 变 化 , 为 变 形 动 态 预 测 提 供 了 辅 助 判 别 手 段 。滑 坡 的 孕 育 过 程 是 一 个 动 态 平 衡 过 程 , 位 移 点 系 运 动 的 无 序 性 反 映 了 滑 坡 运 动 速 度 矢 量 方 向 的 多 变 性 , 有 序 性 说 明 了 位 移 点 系 运 动 矢 量 方 向 趋 于 一 致 的 特 征 。 通 过 对 位 移 矢 量 方 向 的 研 究 , 确 定 边 坡 所 处 的 平 衡 2 滑 坡 失 稳 灾 害 预 测 预 报 模 型 临 滑 预 报 是 边 坡 变 形 进 入 蠕 变 加 速 段 后 进 行 滑 坡 灾 害 发 生 时 间 的 预 报 , 国 内 外 在 滑 坡 失 稳 灾 害 预 测 预 报 研 究 领 域 已 经 取 得 显 著 进 展 , 新 的 模 型 、理 论 相 继 提 出 。 目 前 , 影 响 比 较 大 、应 用 比 较 广 泛 的 模 型 [ 6~ 7 ] 理 论 有 5 种 : 灰 色 系 统 理 、 等 维 新 息 模 型 、 基 金 项 目 : 中 国 博 士 后 科 学 基 金 和 煤 炭 部 重 点 项 目 资 助 (97- 15)。 收 稿 日 期1999- 04- 10。 第 一 作 者芮 勇 勤 , 男 , 1962 年 生 , 副 教 授 , 博 士 。 本 文 编 校 : 王 锦 山 第 4 期芮 勇 勤 等 : 抚 顺 西 露 天 矿 人 车 卷 边 坡 失 稳 演 变 规 律34 1  V erhulst 模 型 、 尖 点 突 变 模 型 、 GM DH 建 模 相 空 间 理 论 。在 此 基 础 上 文 献 [7 ]提 出 了 等 维 新 息 V erhulst 模 型 、等 维 新 息 尖 点 突 变 模 型 2 种 修 改 模 型 , 共 计 7 种 模 型 。 息 尖 点 突 变 模 型 的 精 度 较 全 数 列 V erhulst 模 型 、尖 点 突 变 模 型 精 度 高 。 [7 ] 滑 坡 灾 害 临 滑 时 间 预 报 与 评 价 3 后 2 种 修 改 模 型 理 论 和 方 法 , 主 要 是 根 据 等 维 新 息 模 型 中 基 础 数 据 , 采 用 新 陈 代 谢 遗 忘 因 子 建 模 法 对 原 始 数 据 列 生 成 新 数 据 的 原 理 和 V erhulst 模 型 、 尖 点 突 变 模 型 提 出 等 维 新 息 V erhulst 模 型 、 等 维 新 息 尖 点 突 变 模 型 , 该 方 法 是 采 用 新 陈 代 谢 遗 忘 因 子 建 模 法 对 原 始 数 据 列 生 成 数 据 列 进 行 V erhulst 抚 顺 西 露 天 矿 1990 年 9 月 28 日 人 车 卷 发 生 了 滑 坡 。 滑 坡 预 报 的 位 移 变 形 监 测 从 1990 年 1 月 25 # 日 开 始 , 监 测 资 料 比 较 完 整 , 利 用 其 中 4 点 位 移 历 时 曲 线 分 析 滑 坡 的 发 展 特 征 , 如 图 1 所 示 。 在 1990 年 6 月 中 旬 之 前 , 滑 坡 体 已 处 于 非 稳 定 蠕 变 的 等 速 阶 段 , 6 月 中 旬 至 8 月 中 旬 为 第 一 个 加 速 蠕 变 阶 段 , 而 8 月 中 旬 至 9 月 10 日 为 第 二 个 加 速 蠕 变 阶 段 , 最 ( 0) 模 型 、 尖 点 突 变 模 型 建 模 预 测 。 若 原 始 数 据 列 X ( i) , i∈ {1, 2, ⋯ , n}, 由 V erhulst 模 型 、 尖 点 突 变 模 ( 0) # 后 在 9 月 28 日 发 生 剧 滑 。 据 图 1 所 示 , 对 4 点 位 移 型 建 模 预 测 可 得 预 测 值 X (n+ 1) , 把 其 作 为 新 息 ( 0) 增 加 到 系 统 内 , 去 掉 原 始 数 据 列 中 X (1) , 进 行 历 时 曲 线 均 匀 滤 波 处 理 得 一 时 间 序 列 , 对 此 序 列 进 [ 7 ] V erhulst 模 型 、尖 点 突 变 模 型 预 测 , 得 到 新 的 预 测 值 行 7 种 模 型 建 模 预 测 , 滑 坡 预 测 时 间 计 算 结 果 见 表 1 所 列 。 ( 0) X (n+ 1) , 如 此 反 复 建 模 计 算 , 直 至 预 定 时 段 。 这 样 , 新 的 建 模 预 测 等 维 新 息 V erhulst 模 型 、 等 维 新 图 1滑 坡 位 移 观 测 结 果 图 2V 2A 关 系 Fig. 1 landslide disp lacem ent m easurem ents Fig. 2 relations of V and A 表 1  滑 坡 时 间 观 测 与 预 报 时 间 结 果 对 比 Tab. 1 landslide time measuremen ts and forecasting time results 预 报 方 法 滑 坡 时 间 预 报 时 间 误 差 百 分 比 备注 灰 色 系 统 理 论 模 型 等 维 新 息 模 型 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 28 日 9 月 27 日 9 月 28 日 9 月 27 日 9 月 27 日 9 月 28 日 - - 2. 10% 1. 75% 等 时 距 GM (1, 1)   V erhulst 模 型 + 0. 70% 0. 70%   尖 点 突 变 模 型 -   GMDH 建 模 相 空 间 理 论 等 维 新 息 V erhulst 模 型 等 维 新 息 尖 点 突 变 模 型 + 1. 05% + 0. 35%   提 出 的 修 改 模 型 提 出 的 修 改 模 型 - 0. 35%   注 :“ + ”表 示 提 前 ,“ - ”表 示 滞 后 。   从 表 1 预 报 结 果 可 以 看 出 , 各 种 模 型 的 预 报 结 条 件 看 , 各 模 型 适 用 于 临 滑 预 报 , 尖 点 突 变 模 型 更 反 映 了 滑 坡 的 动 态 演 化 过 程 , 使 预 报 过 程 更 接 近 于 实 果 与 实 际 滑 坡 时 间 都 很 接 近 , 预 报 误 差 很 小 。从 应 用 3  42辽 宁 工 程 技 术 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )第 19 卷 际 发 生 过 程 , 具 有 更 好 的 适 用 性 。 以 及 - 104m 和 - 172m 水 平 的 煤 壁 开 采 , 1990 年 7、8 月 - 172m 水 平 采 煤 又 推 进 一 个 采 宽 。 [7 ] 边 坡 变 形 、失 稳 演 化 规 律 分 析 4 4. 2边 坡 稳 定 性 的 演 变 过 程 与 采 矿 工 程 的 关 系 抚 顺 西 露 天 矿 1990 年 9 月 28 日 发 生 的 人 车 卷 1989 年 末 , 边 坡 的 安 全 系 数 F = 1. 214, 边 坡 是 基 本 稳 定 的 。 滑 坡 , 滑 动 面 上 部 为 沿 软 质 凝 灰 岩 中 的 弱 面 , 下 部 坡 脚 处 切 断 软 质 凝 灰 岩 和 残 留 煤 壁 。 滑 坡 体 以 凝 灰 岩 1990 年 6 月 , 边 坡 已 处 于 非 稳 定 蠕 变 的 定 常 阶 段 , 而 - 144m 水 平 以 上 滑 面 已 形 成 。 1990 年 6 月 , 边 坡 的 安 全 系 数 F = 1. 008, 位 移 测 点 系 有 序 系 数 为 主 , 坡 脚 处 残 留 煤 壁 被 挤 碎 推 出 ; 滑 体 厚 度 14~ 3 7m , 平 均 20m , 滑 落 量 698. 8km 。 滑 坡 切 断 了 人 车 2 卷 部 分 铁 道 线 路 及 下 部 候 车 站 , 同 时 掩 埋 了 - 180m 水 平 的 环 线 开 段 沟 , 切 断 了 - 164m 和 - 172m 两 个 水 平 的 运 输 环 线 。 Α v F = 1. 245, 同 步 等 值 系 数 F = 1. 196。 以 上 分 析 表 明 , 1990 年 6 月 , 边 坡 已 处 于 临 界 滑 动 状 态 。 1990 年 7~ 8 月 , - 164m 和 - 172m 水 平 的 煤 壁 被 采 薄 到 只 有 1m 厚 , 此 时 边 坡 的 安 全 系 数 F = 4. 1滑 坡 演 变 过 程 0. 914, 位 移 测 点 系 有 序 系 数 F Α = 1. 038, 同 步 等 值 1 988 年 3 月 , 人 车 卷 边 坡 已 开 始 出 现 变 形 , 系 数 F v = 1. 017, 分 析 表 明 滑 坡 即 将 发 生 。 1 989 年 经 工 程 地 质 分 析 判 断 , 已 估 计 到 边 坡 有 滑 坡 1990 年 9 月 10 日 , 利 用 等 维 新 息 尖 点 突 变 模 # 迹 象 , 并 将 危 及 到 人 车 卷 道 的 安 全 。 为 此 , 采 取 上 部 推 土 减 重 的 方 法 , 并 拟 在 人 车 卷 道 处 打 钢 轨 抗 滑 桩 , 这 期 间 在 滑 体 上 建 立 了 8 个 地 表 观 测 点 。 1990 年 1 月 25 日 开 始 进 行 边 坡 变 形 位 移 观 测 , 见 图 1 人 车 卷 观 测 点 位 移 历 时 曲 线 。 边 坡 的 变 形 发 展 过 程 具 有 蠕 动 特 征 , 即 1990 年 6 月 中 旬 前 , 边 坡 已 处 于 稳 定 蠕 变 的 定 常 阶 段 , 6 月 中 旬 至 8 月 中 旬 出 现 了 第 一 个 加 速 蠕 变 阶 段 , 8 月 中 旬 至 9 月 10 日 又 出 现 了 第 二 个 加 速 蠕 变 阶 段 , 9 月 28 日 终 于 发 生 了 剧 滑 。 型 对 4 位 移 观 测 点 进 行 了 滑 坡 发 生 时 间 预 报 , 滑 坡 发 生 时 间 预 报 为 9 月 28 日 2 时 24 分 , 而 实 际 滑 坡 发 生 时 间 为 9 月 28 日 , 误 差 仅 为 - 0. 35%。 4 . 3  边 坡 稳 定 性 衰 变 与 位 移 速 率 的 关 系 通 过 以 上 分 析 表 明 , 边 坡 体 的 稳 定 状 况 随 坡 脚 处 采 矿 工 程 的 发 展 逐 渐 恶 化 而 导 致 滑 坡 。 由 人 车 卷 边 坡 的 稳 定 分 析 和 位 移 变 化 特 征 , 可 初 步 建 立 安 全 系 数 F 与 煤 壁 厚 度 A 变 化 关 系 以 及 安 全 系 数 F 与 # 根 据 采 矿 工 程 验 收 测 量 资 料 , 该 失 稳 区 采 矿 活 动 情 况 : 1990 年 6 月 完 成 - 180m 水 平 的 掘 沟 工 程 4 测 点 位 移 速 率 V 之 间 的 统 计 规 律 , 如 图 3 和 图 4 所 示 。 图 3安 全 系 数 与 煤 壁 厚 度 关 系 图 4  滑 坡 位 移 速 率 与 安 全 系 数 关 系 Fig. 3 relations of landslide Fig. 4 relations of landslide disp lacem ent velocity and safety factor safety factor and coal thickness   从 以 上 分 析 可 见 , 边 坡 稳 定 状 况 与 位 移 速 率 之 C— 常 数 , 与 剪 切 滑 移 变 形 带 的 塑 性 有 关 , C 间 存 在 一 定 的 联 系 , 图 4 是 变 形 位 移 速 率 V 与 安 全 系 数 F 关 系 曲 线 , F 与 V 之 间 的 经 验 回 归 方 程 式 为 = 4. 78;   F 0 — 剧 滑 发 生 前 的 加 速 蠕 变 阶 段 的 安 全 系 数 , F = 0. 94; F — 与 位 移 速 率 对 应 的 安 全 系 数 。 2) 式 表 明 , 边 坡 即 使 在 稳 定 状 态 下 (F > 1. 0) , 仍 会 有 变 形 发 生 , 这 是 因 为 岩 体 的 蠕 变 特 征 所 致 。当 0 V = V 0 exp (C F - F 0 ) (2) 式 中 V — 边 坡 位 移 速 率 ,mm öd; (   V 0 — 剧 滑 发 生 前 的 加 速 蠕 变 阶 段 的 界 限 速 率 , 21. 3mm öd; 第 4 期芮 勇 勤 等 : 抚 顺 西 露 天 矿 人 车 卷 边 坡 失 稳 演 变 规 律34 3  边 坡 体 内 剪 切 面 处 的 应 力 未 超 过 岩 体 的 蠕 变 极 限 时 , 边 坡 变 形 将 随 时 间 延 长 而 递 减 , 最 终 形 成 稳 定 蠕 变 。一 旦 边 坡 内 的 应 力 超 过 剪 切 面 蠕 变 极 限 强 度 时 , 边 坡 变 形 呈 加 速 增 大 , 终 将 导 致 滑 坡 。 动 , 但 抢 采 出 的 煤 炭 仅 为 50. 6kt (滑 坡 体 “ 舌 部 ”压 煤 150m 长 , 25m 宽 ) , 占 “ 准 静 态 ”滑 坡 体 总 量 的 4. 9% , 煤 炭 抢 采 历 时 30d。 事 后 滑 坡 体 的 位 移 监 测 衰 减 变 化 也 证 明 了 抢 采 这 部 分 煤 炭 的 决 定 的 正 确 性 。 这 些 经 验 为 西 端 帮 和 南 帮 的 残 采 回 收 煤 炭 奠 定 了 技 术 基 础 。 图 4 还 显 示 出 边 坡 的 安 全 系 数 小 于 1. 15 之 后 , 位 移 速 率 将 急 剧 增 大 。 因 此 , 从 边 坡 安 全 管 理 来 看 , 位 移 速 率 允 许 值 应 选 在 2mm öd, 当 位 移 速 率 接 近 4 . 67mm öd (F = 1. 00) 时 , 则 需 要 分 析 导 致 边 坡 加 速 参 考 文 献 〔 〔 〔 1〕范 广 勤 . 岩 土 工 程 流 变 力 学 〔M 〕. 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 位 移 的 原 因 , 及 时 采 取 相 应 的 整 治 措 施 。一 旦 边 坡 的 位 移 速 率 达 到 21. 3mm öd, 预 示 近 期 即 将 发 生 滑 坡 , 所 剩 时 间 约 11~ 20d, 应 随 时 准 备 组 织 人 员 和 设 备 撤 离 受 滑 坡 威 胁 的 现 场 。 1 993. 40~ 82 2〕李 世 平 , 吴 振 业 , 贺 永 年 , 李晓 . 岩 石 力 学 简 明 教 程 〔M 〕. 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 1996. 25~ 42 3〕M adsen F T , Fluckiger A , Hauber L , Jordan P,VoegtliB. N ew investigations on sw elling rocks in the Belchen Tunnel〔M 〕. Tokyo: 8th Int, Congress ISRM , 1995, 240~ 4. 4 “ 准 静 态 ”滑 坡 失 稳 体 的 开 采 控 制 2 50 滑 坡 切 断 了 - 164m 和 - 172m 两 个 水 平 的 铁 路 运 输 环 线 , 掩 埋 了 - 180m 水 平 的 环 线 开 断 沟 。 为 了 抢 采 这 部 分 煤 炭 , 主 要 设 想 是 利 用 滑 体 暂 时 处 于 极 限 稳 定 状 态 , 即“ 准 静 态 ”状 况 。 〔 4 〕 Crosta G. Evaluating rock m ass geom etry from photographic im ages〔 J 〕. Rock m ech. rock engng, 1 997, (1): 24~ 50 〔 5〕 T ian Ye. A nalysis of slide creep〔M 〕. Proc. of Beijing Intern. Symp Beijing, 1991. 40~ 50 滑 坡 发 生 后 , 滑 坡 体 的 高 势 能 已 经 大 部 分 转 换 为 动 能 释 放 , 无 再 次 发 生 大 位 移 滑 坡 的 条 件 , 滑 坡 体 处 于 有“ 动 态 ”趋 向“ 准 静 态 ”的 变 形 衰 减 过 程 , 虽 然 随 着 滑 坡 体 “ 舌 部 ”煤 体 的 抢 采 滑 坡 体 仍 在 变 形 滑 〔 6〕秦 四 清 , 张 倬 元 , 王 士 天 , 黄 润 秋 . 非 线 性 工 程 地 质 学 导 引 M 〕. 成 都 : 西 南 交 通 大 学 出 版 社 , 1993. 2~ 60 7〕芮 勇 勤 . 蠕 动 边 坡 稳 定 性 及 其 变 形 、 失 稳 的 预 测 与 控 制 : 学 位 论 文 ]〔D〕. 徐 州 : 中 国 矿 业 大 学 采 矿 系 , 1998 〔 〔 [ A nalysis on Evo lvem ent L aw of M an- m achine Railw ay Slope L andslide in Fushun W est Open- p it CoalM ine RU IYong-qin, XU Xiao-he, SUN Zhi-x ian, CAO W en-zhong,L IANG Bing (College of Resources and C ivil Eng ineering, Northeastern Un iversity, Shenyang, China) AbstractIn allusion to the disp lacem ent developm ent and landslide of R en2Che railw ay slope of Fushun W est Open2p it Coal M ine, verhulst fo recasting model and cusp catastrophe fo recasting model of equating dim ension info rm ation had been found through five fo recasting theo ry analysis of landslide disasters. A cco rding to the examp le of R en2Che R ailw ay landslie in Fushun W est Open2p it Coal M ine, its landslide fo recasting calculation and analysis have been conducted w ith two fo recasting model as w ell as, the relation equation betw een facto r of stability disintegration and disp lacem ent velocity had been set up. This paper had analyzed sliding slope defo rm ation and excavating contro l of standard stability slope and so on. Key words open2p it coal m ine; m ining engineering; slope engineering; landslide disasters; fo recasting theo ry; fo recasting model; landslide evo lvem ent law
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号