露天转地下开采地质灾害规律及其防治
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Ｆ Ａ 软件 进行 有 限元计 算 ，研究 了首 采矿 段开挖 所 引起 的新 的次生 应力 场 的变化 规律 ，圈定 了岩 体可 能 出 Ｅ
收 稿 日期 ：０ ０１—Ｏ ２ １－０２
６
河北 理工 大学学报 （ 自然 科学 版）
第３ ３卷
现破坏的范围。许多学者对边坡稳定性概率分析和可靠性研究做 出了卓有成就的贡献。不管应用哪种有效
的方 法 ， 解决 露天 采 场的边 坡失稳 首先 就是 预防 ， 边坡 地 质体 进行 监测 ， 测边 坡 上应 力 集 中处 地 质 体 要 对 监
稳定性的变化。根据岩体的抗拉 、 抗压珲度 及所受载荷进行支护； 根据岩体不同部位应力场的变化 ， 确定
岩体的稳定性 。若为土质边坡 ， 需进行士体强度的实验计算其安全系数 ， 并增设排水设施 。若采场出现边坡
第 ３ －第 ３期 ３卷
２ ０ ８月 １ １年
河北 理 工大 学学 报 （ 自然 科学 版）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｅ ｅ Ｐ ｌｔｃ ｎｃＵｎｖｒｉ Ｎａｕａ ｃ ｎ ｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒ ａ ｏ ｂｉ ｏｙｅｈ ｉ ｉｅｓ ｙ（ ｔｒｌ ｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｈ ｔ Ｓｅ ｉ
变 化 系统 。
边坡 的地质 体 由于形 成条 件 、 改造 作用 强度 差异 ， 致使 其物 理力 学性 质复 杂 ， 是 在 同一地 区 ， 就 同一 岩体 或 岩组 内 ， 出现物 理力 学特 征 的强烈 的 空间和 时 间变 化性 ［ 。许 多 专 家对 露 天 采 场 的边 坡 稳 定性 进 行 了 会 １ ］
相应 的变形 和滑 移 ， 系统 处在 一种 动态 平衡 的变 化之
■
图 １ 地 下 与 露 天 综 合 开 采 和 应 力 作 用 原 理 图
中 。露 天开 采末 期转 入 地下 开采 ， 地下 开采 引起 的应 力变 化会 对露 天采用 影 响范 围 内的岩 体产 生二 次扰 动 ， 表 现为 地下 采 动效应 对 原来平 衡 体 系的干 扰或作 用 ， 使得 两种 采动 效应 相互 影响 和扰 动 ， 成一 个 复合 动态 形
失稳 的现 象 ， 必须 根据 现场 实际情 况选 择最 为合适 的方法 进行稳 固。
２ 地面塌 陷
在露 天开采 转 为地下 开采 的过 渡期 ， 山由单一 的露天 开采转 为露天 与地下 开采 同时作 业 ， 天矿 受地 矿 露 下 开采 影 响 的范 围与程度 ， 露天 和地下 在 时 间 、 间上 的 结合 程 度 ， 与 空 以及地 下 采 空 区 的状 况 等 因 素有 关 。
地下 矿 山所 面 临 的重要 地质 问题 。
１ 露 天 采 场 边 坡 失 稳
露 天采 场边 坡 的 稳 定是 确 保 露 天 开 采 安全 生产
的关 键 ， 是露 天转 地下 开采 的矿 山稳 定性 问题 既不 但
同 于单 一 的露 天开 采 ， 又不 同于 单 纯 的 地下 开 采 ， 复 合 开采 矿 山 的岩体 经历 露天 和地 下二 次 开挖扰 动 ， 应
ｆ １ｌ Ｈ＿ ｆ
Ｉ） ｒ ｌ
力 场和 位移 变化 比较 复 杂 （ 图 １ 。 见 ）
、
从 应 力 场 的变 化 来 看 ， 着 露天 开 挖 的进 行 ， 随 由
于 卸载 作用 ， 帮 岩体 内 的能 量 逐 步 得 以 释放 ， 天 边 露 采 动影 响范 围内应 力状 态不 断发 生变 化 ， 岩体也 产 生
Ｖｏ． ３ Ｎｏ ３ １３ ．
Ａｕ ． ０ ｇ ２ １ １
文 章 编 号 ：６ ４０ ６ （ ０ １ Ｏ一０ ５ｏ １ ７－２ ２ ２ ｌ） ３ｏＯ 一３
露 天 转 地 下开 采地 质 灾 害规 律 及 其 防治
张海波 刘芳芳。董付科。 ， ，
（． １ 河北联合大学 ， 河北 唐 山 ０ ３ ０ ，． ６ ０ ０ ２ 河北地质职工大学 ， 河北 石家庄 ０ ０ ８ ） ５ ０ １
关 键 词 ： 天 转 地 下 ； 坡 ； 陷 ； 水 ； 道 变 形 露 边 塌 涌 巷
摘 ’ 要 ： 露 天转 地 下 开采 过 程 中 出现 的 地 质 灾 害如 ： 天采 场 边 坡 失稳 、 面塌 陷、 坑 涌 对 露 地 矿 水、 巷道 变形 以及 泥石流 等 灾害规律 进行 了整理 论述 ， 并相 应提 出有 效 解 决措 施 ， 为矿 山生 产
安 全 提 供 了理 论 依 据 。
中图分 类号 ： Ｄ７ １ 文献标 志码 ： Ｔ ７ Ａ
０ 引 言
国 内＿ 大批 深 凹露 天矿 正在 或 即将转 入地下 开 采 ， 天 转地 下 或露 天 地下 联 合 开采 已经 成 为 当前 和今 露 后 一段 时 间 国 内矿 山 的热点 之一 。随之所 产生 的地 质灾 害 问题 ， 是 当前 各 个矿 山面 临 的新 问题 。如露 天 ， 也 转地 下 复合 开采 条 件下 所产 生 的地质 灾 害如岩体 变形 和移 动所 诱发 的露 天边 帮滑坡 、 地面 坍塌 等 ， 露 天转 是
研究， 也提出了一些行之有效的研究方法 。如 ７ Ｏ年代潘家铮［ 提出了滑坡极 限分析的两条基本原理 即极 ２ ］ 大值原理和极小值原理 ；９８年张天宝［ 通过按瑞典法建立 的简单土坡稳定 系数 函数的数 值分析 ， １７ ３ ］ 全面归 纳了最危险滑弧 的变化规律 ； 李建华［ 提出了岩坡稳定性的层 次模糊综合评价法； ４ 彭涛 采用 ＡＬ Ｏ — 。 Ｇ Ｒ
若 地下 采 空 区的面积 较 大 ， 围岩不够稳 固或空 区形成 的时 间较 长 ， 可能 因岩 层移 动 而在 地 面形 成 塌 陷 坑 ， 呈
漏 斗 形状 ， 径可达 几米 到几 百米 ， 度 为几米 至几 十米 ， 斗壁倾 角 通常 为 ８ ￣１ ５。根据 形成 速度 的不 直 深 漏 ５ ０。 同， 可分 为崩 塌型塌 陷坑 和岩 移型 塌陷坑 。前者 往往 是在地 表 出现较大 的变形 以前 ， 突然崩 塌形 成直 壁塌 陷 坑 。影响 其形 成 的主要 因素是 岩石 的物 理力学 性质 、 开采深 度 、 体厚度 、 矿 采空 区 的尺寸与 形状 、 岩层 的地 质 条件等， 它多 在开采 深度 不大 的矿 体 回收顶柱 和间柱 时形成 。岩 移型塌 陷坑形 成 的速度缓 慢 ， 常是 在 开采 通 急倾 斜矿 体 时 ， 落带 向上 发展而形 成 的 。影 响其形 成 的主要 因素 是 矿体倾 角 、 体 厚 度 ， Βιβλιοθήκη Baidu 的 自然安 息 崩 矿 岩
收 稿 日期 ：０ ０１—Ｏ ２ １－０２
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河北 理工 大学学报 （ 自然 科学 版）
第３ ３卷
现破坏的范围。许多学者对边坡稳定性概率分析和可靠性研究做 出了卓有成就的贡献。不管应用哪种有效
的方 法 ， 解决 露天 采 场的边 坡失稳 首先 就是 预防 ， 边坡 地 质体 进行 监测 ， 测边 坡 上应 力 集 中处 地 质 体 要 对 监
稳定性的变化。根据岩体的抗拉 、 抗压珲度 及所受载荷进行支护； 根据岩体不同部位应力场的变化 ， 确定
岩体的稳定性 。若为土质边坡 ， 需进行士体强度的实验计算其安全系数 ， 并增设排水设施 。若采场出现边坡
第 ３ －第 ３期 ３卷
２ ０ ８月 １ １年
河北 理 工大 学学 报 （ 自然 科学 版）
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边坡 的地质 体 由于形 成条 件 、 改造 作用 强度 差异 ， 致使 其物 理力 学性 质复 杂 ， 是 在 同一地 区 ， 就 同一 岩体 或 岩组 内 ， 出现物 理力 学特 征 的强烈 的 空间和 时 间变 化性 ［ 。许 多 专 家对 露 天 采 场 的边 坡 稳 定性 进 行 了 会 １ ］
相应 的变形 和滑 移 ， 系统 处在 一种 动态 平衡 的变 化之
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图 １ 地 下 与 露 天 综 合 开 采 和 应 力 作 用 原 理 图
中 。露 天开 采末 期转 入 地下 开采 ， 地下 开采 引起 的应 力变 化会 对露 天采用 影 响范 围 内的岩 体产 生二 次扰 动 ， 表 现为 地下 采 动效应 对 原来平 衡 体 系的干 扰或作 用 ， 使得 两种 采动 效应 相互 影响 和扰 动 ， 成一 个 复合 动态 形
失稳 的现 象 ， 必须 根据 现场 实际情 况选 择最 为合适 的方法 进行稳 固。
２ 地面塌 陷
在露 天开采 转 为地下 开采 的过 渡期 ， 山由单一 的露天 开采转 为露天 与地下 开采 同时作 业 ， 天矿 受地 矿 露 下 开采 影 响 的范 围与程度 ， 露天 和地下 在 时 间 、 间上 的 结合 程 度 ， 与 空 以及地 下 采 空 区 的状 况 等 因 素有 关 。
地下 矿 山所 面 临 的重要 地质 问题 。
１ 露 天 采 场 边 坡 失 稳
露 天采 场边 坡 的 稳 定是 确 保 露 天 开 采 安全 生产
的关 键 ， 是露 天转 地下 开采 的矿 山稳 定性 问题 既不 但
同 于单 一 的露 天开 采 ， 又不 同于 单 纯 的 地下 开 采 ， 复 合 开采 矿 山 的岩体 经历 露天 和地 下二 次 开挖扰 动 ， 应
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力 场和 位移 变化 比较 复 杂 （ 图 １ 。 见 ）
、
从 应 力 场 的变 化 来 看 ， 着 露天 开 挖 的进 行 ， 随 由
于 卸载 作用 ， 帮 岩体 内 的能 量 逐 步 得 以 释放 ， 天 边 露 采 动影 响范 围内应 力状 态不 断发 生变 化 ， 岩体也 产 生
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文 章 编 号 ：６ ４０ ６ （ ０ １ Ｏ一０ ５ｏ １ ７－２ ２ ２ ｌ） ３ｏＯ 一３
露 天 转 地 下开 采地 质 灾 害规 律 及 其 防治
张海波 刘芳芳。董付科。 ， ，
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关 键 词 ： 天 转 地 下 ； 坡 ； 陷 ； 水 ； 道 变 形 露 边 塌 涌 巷
摘 ’ 要 ： 露 天转 地 下 开采 过 程 中 出现 的 地 质 灾 害如 ： 天采 场 边 坡 失稳 、 面塌 陷、 坑 涌 对 露 地 矿 水、 巷道 变形 以及 泥石流 等 灾害规律 进行 了整理 论述 ， 并相 应提 出有 效 解 决措 施 ， 为矿 山生 产
安 全 提 供 了理 论 依 据 。
中图分 类号 ： Ｄ７ １ 文献标 志码 ： Ｔ ７ Ａ
０ 引 言
国 内＿ 大批 深 凹露 天矿 正在 或 即将转 入地下 开 采 ， 天 转地 下 或露 天 地下 联 合 开采 已经 成 为 当前 和今 露 后 一段 时 间 国 内矿 山 的热点 之一 。随之所 产生 的地 质灾 害 问题 ， 是 当前 各 个矿 山面 临 的新 问题 。如露 天 ， 也 转地 下 复合 开采 条 件下 所产 生 的地质 灾 害如岩体 变形 和移 动所 诱发 的露 天边 帮滑坡 、 地面 坍塌 等 ， 露 天转 是
研究， 也提出了一些行之有效的研究方法 。如 ７ Ｏ年代潘家铮［ 提出了滑坡极 限分析的两条基本原理 即极 ２ ］ 大值原理和极小值原理 ；９８年张天宝［ 通过按瑞典法建立 的简单土坡稳定 系数 函数的数 值分析 ， １７ ３ ］ 全面归 纳了最危险滑弧 的变化规律 ； 李建华［ 提出了岩坡稳定性的层 次模糊综合评价法； ４ 彭涛 采用 ＡＬ Ｏ — 。 Ｇ Ｒ
若 地下 采 空 区的面积 较 大 ， 围岩不够稳 固或空 区形成 的时 间较 长 ， 可能 因岩 层移 动 而在 地 面形 成 塌 陷 坑 ， 呈
漏 斗 形状 ， 径可达 几米 到几 百米 ， 度 为几米 至几 十米 ， 斗壁倾 角 通常 为 ８ ￣１ ５。根据 形成 速度 的不 直 深 漏 ５ ０。 同， 可分 为崩 塌型塌 陷坑 和岩 移型 塌陷坑 。前者 往往 是在地 表 出现较大 的变形 以前 ， 突然崩 塌形 成直 壁塌 陷 坑 。影响 其形 成 的主要 因素是 岩石 的物 理力学 性质 、 开采深 度 、 体厚度 、 矿 采空 区 的尺寸与 形状 、 岩层 的地 质 条件等， 它多 在开采 深度 不大 的矿 体 回收顶柱 和间柱 时形成 。岩 移型塌 陷坑形 成 的速度缓 慢 ， 常是 在 开采 通 急倾 斜矿 体 时 ， 落带 向上 发展而形 成 的 。影 响其形 成 的主要 因素 是 矿体倾 角 、 体 厚 度 ， Βιβλιοθήκη Baidu 的 自然安 息 崩 矿 岩