井工矿转露天开采边坡滑移机制及其评价方法的研究

Transformation from underground to open-pit mining is a new engineering technology problem. The key technology is to build a high slope project in one or several underground mined out areas and to ensure the slope stability in the dynamic stripping process of open-pit mine. However, open pit mining has changed the original equilibrium state of overlying rock or surrounding rock in the underground mined-out areas with the effect of stripping along depth direction, which induces the overlying rock to lose balance and the slope nested together to regenerate deformation. Slope angle and overlying rock are increasingly destabilized with the open-pit stripping effect continues, inducing continuous increase of the deformation of overlying rock and the slope unstability, which cause serious threat to open-pit safety mining.Therefore, this project intends to carry out the research on slip mechanism and evaluation method of overlying rock in the underground mined-out areas induced by open-pit stripping, to reveal the dynamic evolution mechanism of building a high slope project in several nested underground mined out areas, to explore the influence law of stable state of slope on the dynamic stripping effect, to establish corresponding evaluation method, to collaborative optimization stripping technology and control measures and to provide the theory evidence for safety mining and mining design.

井工矿转露天矿开采是一个新的工程技术问题，其关键技术是在一个或数个地下采空区中建设高边坡工程，且需要露天矿动态剥采过程中边坡保持稳定的状态；然而，因受露天矿延深剥采作用破坏了采空区覆岩或围岩原有的平衡状态，从而诱发其覆岩失衡并导致与其嵌套在一起的边坡体产生变形；随着露天矿剥采作用的继续边坡角与覆岩受到的扰动增大，导致的覆岩变形持续递增或边坡体失稳，从而对露天矿安全生产造成严重的威胁；为此本项目拟开展露天矿剥采诱发采空区覆岩与边坡复合体滑移机制及其评价方法的研究，揭示在若干个嵌套在一起的采空区中建设高边坡的动态演化机制，探索动态剥采对边坡稳定状态的影响规律，建立相应的评价方法、协同优化剥采技术与控制措施，为安全开采与优化设计提供理论依据。

近30年来对露天转入地下开采问题研究较多，但对井工转露天复合开采问题研究较少，本课题结合矿山开采现场实际工程问题，通过理论、实验和数值模拟等方法系统研究并解决了如下学术问题：.1）与地下采区覆岩相互嵌套边坡体滑移机制的研究。A）本成果通过实际开采模型试验与数值模拟研究，分析了覆岩的活化过程及其演变规律，总结了原覆岩移动区产生二次活化变形特点、定义了新的水平移动系数概念并分析了其随开采过程的演化规律，从而为后续开采过程中边坡和环境安全评价及开采设计提供了依据。B）系统研究了露天矿延深剥采中波及到老采空区的承载区域被扰动与破坏后边坡稳定状态的演化特点，阐明了边坡的稳定状态与承载区剥采扰动之间的演化关系。C）针对紫金山金铜等矿山房柱式采区的分布特点，研究了露天矿延深开采过程中如何控制地下采区对边坡稳定性影响的关键技术问题，揭示了边坡滑移的破坏机制，设计了多个重叠矿房剥采对边坡安全性影响的控制措施。D）基于顶板作业机械设备荷载大小及顶板岩性应用七种方法综合评价并确定了采空区顶板的安全厚度，为生产安全提供了决策依据。.2）与若地下采区相互嵌套边坡稳定性精细化评价方法的研究。一般边坡稳定系数通常定义为抗滑力与下滑力之比；本研究将边坡稳定系数与下滑力之积视为广义下滑力，将此广义下滑力与抗滑力之差定义为给定稳定状态下的广义剩余推力。据此创建了复杂工况条件下边坡稳定性精细化评价体系，解决了计算单元与其参数自动匹配、复杂工况条件下边坡稳定性的计算问题；从而提高了计算结果的可靠性同时求解及边坡的优化设计。 .3）井工矿转露天开采方案的优化设计研究。结合抚顺西露天矿、抚顺东露天矿和紫金山金铜矿开采特点，对协调开采方案进行了优化设计，并在露天矿山延深开采中得到应用，有效解决了实际工程问题。研究成果先后发表学术论文29篇，申请发明专利5项，获得省部级科技进步奖4项。