露天煤矿排土场松散土石混合体重塑-失稳机理研究

The mining essence in open pit coal mine is that excavating, loading, and dumping loose soil and rock aggregate which is from broken rock. The soil and rock aggregate is the basic material which constitute inner and outer spoil, which is important for the mining and life and property security. The physical and mechanical property of the soil and rock aggregate changes clearly under loading for long time, which has the remoldability. Taking the loose soil and rock aggregate as research object, the project will its reveal the physical and mechanical property variation regulation in the progress of remoulding and breaking under the action of water, temperature, loading stress and transportation equipment’s dynamic load and work out that maximum remoulded strength, residual strength and constitutive relation. The project will build the three-dimensional mechanical model of the soil and rock aggregate under the pressure of dynamic and static load, do the in-situ experiment and reveal the size effect of the soil and rock aggregate. The project will put fowors to the mechanics criterion of dump slope under under water, temperature, loading stress and transportation equipment’s dynamic load, and dump slope stability valuation method with the loose soil and rock aggregate whicn is in the whole progress of remoulding and breaking. Through the research, it will provide some basis for selecting of the parameters, experiment methods and stability analysis.

露天煤矿开采实质是将岩土破碎成土石混合体进行采装、运输和排弃，松散土石混合体是组成露天煤矿内、外排土场的基本岩体材料，排土场的稳定关系到矿山生产和生命财产安全。松散土石混合体经过长时间堆载物理力学特性发生了明显改变，具有重塑性。项目以松散土石混合体为研究对象，有以下创新点：①揭示其在水、温度、动静荷载作用下重塑-破碎全过程的物理力学特性变化规律，建立重塑-失稳全过程固液耦合模型；②建立含大块岩体的松散土石混合体在动、静荷载作用下三维力学模型，分析其剪切面的分形特征，揭示含大块岩体松散土石混合体尺寸效应；③建立在水、温度、堆载压力和运输设备动荷载作用下松散土石混合体排土场失稳的力学模型，得出其在不断堆载和运输设备动荷载作用下稳定性力学判据，提出基于松散土石混合体重塑-失稳全过程排土场边坡稳定性评价方法。通过项目的研究为松散土石混合体组成的排土场参数选择、试验手段以及稳定性研究提供理论依据。

露天煤矿开采实质是将岩土破碎成土石混合体进行采装、运输和排弃，松散土石混合体是组成露天煤矿内、外排土场的基本岩体材料，排土场的稳定关系到矿山生产和生命财产安全。松散土石混合体经过长时间堆载物理力学特性发生了明显改变，具有重塑性。项目以松散土石混合体为研究对象，主要进行了以下研究：通过室内KO固结试验获得了不同固结压力下松散土石混合体物理力学参数变化规律；提出了通过透明土石混合体模拟露天煤矿外排土场在受垂直压力过程中其内部土石混合体的运移过程的方法；研究了水-温度场影响下土石混合体岩石骨架裂隙发育与泥岩冻融循环下的崩解特性；研究了固结压力与渗透系数之间的关系；基于分形理论研究了含石率与水力压力对土石混合体渗透率的影响；提出了基于阈值控制法转化CT断面图为数值模型并模拟了不同条件下土石混合体渗透变化规律的方法；通过原位剪切改进实验结果分析，揭示了排土场土石混合体应力-应变规律及塑性变形特征；研究了土石混合体力学参数时效性特征，得到其堆载沉降规律与堆载后时效强度参数；进行了土石混合体强度重构机理研究，得到其强度判据准则及基本破坏形式与其中大块破坏力学模型，分析了排土场边坡稳定的影响指标；根据排土场台阶的层位和堆载时间对排土场进行了动态稳定性评价，揭示了排土场动态发展过程中的时效稳定性变化规律；通过在小龙潭龙桥排土场进行浅表层原位实验与深部岩土力学测试，得到了龙桥排土场不同年代、不同深度排弃物料物理力学性质。按照排土场的层位分布并结合不同层位的力学性能差异完成了对龙桥排土场基于松散土石混合体重塑-失稳全过程的排土场边坡稳定性评价。.该项目提出了更加符合实际的科学的露天煤矿排土场稳定性评价方法，具有高度的应用前景。并已应用于企业委托项目“云南省小龙潭矿务局龙桥排土场边坡稳定性研究”、国家重点专项2016YFC0501100课题三与企业委托项目“哈尔乌素露天煤矿爆破、采装环节粉尘综合治理技术研究”。