露天井工联合开采矿区综采工作面与边坡的时空关系分析

根据理论分析结果，结合露天井工联合开采矿区如安家岭矿综采工作面与边坡的时空关系、井工二号矿开采方式所形成的边坡岩移规律、井工二号矿合理停采线确定等方面进行稳定性分析。

本次分析范围见图7-2，在29210、29211和29209工作面各选取一个剖面进行稳定计算。在总结以往地质调查、岩土力学试验资料的基础上，进行滑坡破坏模式分析、边坡稳定性计算与评价等工作，对露天矿北帮受2号井影响区域边坡进行了系统地稳定性验算，从而有效的掌握露天井工联合开采对边坡的稳定性影响，并就2号井最终停采线提出合理性建议。

图7-2 研究区域及剖面位置

图7-3 停采线最终位置图

(1)井工二号矿停采线方案确定

边坡稳定性分析方案:9#煤未开采、9#煤开采到初始停采线、保护运输平盘、裂隙带上限停采线、9#煤开采到设计停采线。

在保证露天矿边坡和井工矿安全生产的前提下，为尽可能多地开采煤炭资源，本次研究对2号井工矿29210(剖面1)和29211(剖面2)两个工作面最终停采线位置进行最终确定，并对露天矿边坡的稳定性影响进行分析与评价。

1)29210工作面稳定性评价

最终停采线按照设计停采线退后30m计算，同时对原设计停采线及其开采方向退后50m两种情况进行计算，并分析其采沉影响范围。各位置稳定计算结果见图7-4至图7-7，从图7-7可知内排跟进至设计位置且在设计停采线开采方向退后30m的情况下，29210采区的整体边坡稳定性达到1.207，可满足安全储备系数1.2的要求。考虑到内排的跟进速度，该区域边坡属于临时边坡，基本可以保证一年以后29210工作面位置内排可跟进至设计位置，故在内排未跟进之前，停采线开采方向退后30m时(稳定系数为1.153)，基本可满足要求。

图7-4 原设计停采线稳定计算结果

图7-5 原设计停采线退后30m稳定计算结果

图7-6 原设计停采线退后50m稳定计算结果

图7-7 原设计停采线退后30m且内排跟进后稳定分析结果

图7-8与图7-9为原设计停采线及其退后30m时采沉影响范围，从图中不难看出，采用原设计停采线时，1330平盘及以上平盘均属于采沉影响范围，坡体将可能产生裂隙及变形;而将原设计停采线退后30m，采沉影响范围可调整至1360平盘及以上平盘。两种情况下主要沉降平盘为1405平盘及以上平盘。

图7-8 原设计停采线采沉影响范围

图7-9 原设计停采线退后30m时采沉影响范围

故按设计停采线退后30m确定的最终停采线，基本能够保证井工矿和露天矿的安全生产需求。

2)29211工作面

稳定性评价最终停采线按照设计停采线开采方向退后15m计算，同时对原设计停采线及其退后30m两种情况也进行计算，并分析其采沉影响范围。最终调整后停采线位置图见图7-3。由图7-13可知，内排跟进至设计位置且在设计停采线开采方向退后15m的情况下，29211采区的整体边坡稳定性达到1.238，能满足安全储备系数1.2的要求。考虑到内排的跟进速度，该区域边坡属于临时边坡，基本可以保证一年以后29210工作面位置内排可跟进至设计位置，故在内排未跟进之前，停采线开采方向退后15m时(稳定系数为1.159)，基本可满足要求。

图7-10 原设计停采线稳定计算结果

图7-11 原设计停采线退后15m稳定计算结果

图7-12 原设计停采线退后30m稳定计算结果

原设计停采线采沉影响范围为1330平盘及其以上平盘，原设计停采线退后15m采沉影响范围为1360平盘及以上平盘，见图7-13及图7-15。两种情况主要沉陷平盘表现为1405平盘及以上平盘。

图7-13 原设计停采线退后15m且内排跟进后稳定分析结果

图7-14 原设计停采线采沉影响范围

图7-15 原设计停采线退后15m时采沉影响范围

故按设计停采线退后15m确定的最终停采线，基本能够保证井工矿和露天矿的安全。

(2)井采与边坡稳定时空关系分析

基于有限元强度折减方法，研究井工开采推进距离对露天边坡稳定性变化时空规律，掌握边坡变形及安全系数变化规律，为露天边坡稳定性有效控制提供依据。

1)29211剖面井工开采对边坡稳定性影响

数值模拟选取29211剖面进行计算分析，建立的工程地质简化模型如图7-16，边坡稳定性验算所需要的岩土体物理力学强度指标通过对以往本地区所积累的相关资料进行收集、整理、分析确定。

由模拟曲线结果可知，在29211工作面距离停采线位置大于419m时，边坡稳定性系数保持在1.3左右;当工作面继续推进直至到设计停采线位置时，边坡稳定性系数急剧减小到1.1左右，边坡处于临界稳定状态，在此过程中应加强边坡变形监测。通过对工作面推进距离与边坡稳定性系数曲线拟合，得出拟合方程为:

图7-16 工程地质简化模型

图7-17

图7-17 29211工作面距坡脚距离与对应边坡安全系数的滑面

图7-18 工作面距坡脚263m(设计停采线)竖向位移云图

图7-19 29211工作面距坡脚距离与边坡安全系数曲线

y=a·e_bx (7-13)

其中:a=1.1747，b=-0.0002，满足指数函数。

图7-20 监测点位置示意图

表7-1 1360平盘监测点竖向位移 单位:m

由监测点位移曲线可知，随9号煤工作面推进，1360平盘竖向位移不断增加，监测点Node741竖向位移小于Node713，平盘监测点越靠近临空面竖向位移越大。

2)29210剖面井工开采对边坡稳定性影响

数值模拟选取29210剖面进行计算分析，建立的工程地质简化模型如图7-22，边坡稳定性验算所需要的岩土体物理力学强度指标通过对以往本地区所积累的相关资料进行收集、整理、分析确定。

图7-21 1360平盘监测点竖向位移

图7-22 工程地质简化模型

图7-23

图7-23 29210工作面距边坡距离与对应边坡安全系数的滑面图

图7-24 工作面距坡脚263m竖向应力云图

图7-25 29210工作面距坡脚距离与边坡安全系数曲线

由模拟曲线结果可知，在29210工作面距离坡脚位置大于363m时，边坡稳定性系数保持在1.2以上;当工作面继续推进直至到设计停采线位置时，边坡稳定性系数急剧减小到1.082，边坡处于临界稳定状态，若进行不放顶煤开采，边坡安全系数继续减小到1.034。通过对工作面推进距离与边坡稳定性系数曲线拟合，得出拟合方程为:

y=a·e_bx (7-14)

其中:a=1.0785，b=-0.0002，满足指数函数。

3)29209剖面井工开采对边坡稳定性影响

数值模拟选取29209剖面进行计算分析，建立的工程地质简化模型如图7-26，边坡稳定性验算所需要的岩土体物理力学强度指标通过对以往本地区所积累的相关资料进行收集、整理、分析确定。

图7-26 工程地质简化模型

图7-27

图7-27 29209工作面距坡脚距离与对应边坡安全系数的滑面

图7-28 工作面距坡脚355m(设计停采线)竖向应力云图

图7-29 29209工作面压脚后距坡脚距离与对应压脚后边坡安全系数的滑面

图7-30 工作面距坡脚355m(设计停采线)竖向应力云图

图7-31 压脚处理后29209工作面距坡脚距离与边坡安全系数曲线

由模拟曲线结果可知，在29209工作面距离坡脚位置506m时，边坡稳定性系数保持在1.116;若边坡不压脚，在工作面继续推进直至到设计停采线位置时，边坡稳定性系数急剧减小到0.946，边坡处于不稳定状态;若在距边坡坡脚456m压脚，边坡安全系数增加到1.34，工作面推进至设计停采线位置时，边坡稳定系数为1.225，若进行不放顶煤开采，边坡安全系数继续减小到1.172，边坡处于临界稳定状态。通过对工作面推进距离与边坡稳定性系数曲线拟合，得出边坡压脚后稳定系数曲线拟合方程为:

y=a·e_bx (7-15)

其中:a=1.1717，b=-0.0001，满足指数函数。