近距離煤層重復(fù)采動(dòng)對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響

余學(xué)義 毛旭魏

摘 要：為研究近距離多煤層重復(fù)開(kāi)采對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響，以岔角灘煤礦二采區(qū)為研究背景，選取具有明顯特征的V號(hào)坡體為研究對(duì)象，建立力學(xué)模型，在天然坡體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，修正給出了采動(dòng)坡體的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式。此外，結(jié)合數(shù)值模擬方法計(jì)算分析C19，C20煤層依次開(kāi)采和一次性開(kāi)采等厚煤層情況下對(duì)地表坡體穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定的地表坡體在受到C19，C20兩層煤依次采動(dòng)后，坡體穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.03和0.80.模擬開(kāi)采等厚煤層結(jié)束后，覆巖破壞發(fā)育高度約為120 m，地表淺處松散層發(fā)生局部破壞;在C19煤層回采結(jié)束后，覆巖塑性破壞區(qū)發(fā)育高度約為80 m，未波及地表，坡體仍處于穩(wěn)定狀態(tài);在C20煤層回采結(jié)束后，覆巖塑性破壞區(qū)發(fā)育高度為150 m，地表松散層和基巖風(fēng)化帶整體破壞，坡體穩(wěn)定性差。當(dāng)開(kāi)采單一煤層時(shí)，覆巖裂縫發(fā)育最大高度為35～40倍采高，對(duì)坡體的影響相對(duì)較小。近距離兩層煤依次開(kāi)采后，加劇了覆巖破壞，使得坡體失穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：礦業(yè)工程;采動(dòng)坡體;重復(fù)采動(dòng);數(shù)值模擬;覆巖破壞

中圖分類號(hào)：TD 325;P 642.22?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0106文章編號(hào)：1672-9315（2019）01-0034-09

Influence of repeated mining of close distance

coal seamson slope stability

YU Xue?yi，MAO Xu?wei

（1.College of Energy Science and Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China;

2.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Ministry of Education，

Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China）

Abstract：In order to research the influence of repeated mining of close distance coal seams on slope stability，the No.2 mining area in Chajiaotan Coal Mine was taken as the research background，and the V slope with obvious characteristics was selected as the research object.The mechanical model was established，and based on the formula for calculating the stability coefficient of natural slope，the formula for calculating the stability coefficient of mining slope was revised.In addition，combined with numerical simulation method，we calculated and analyzed the influence on the stability of the surface slope after C19 and C20 coal seam mining in sequence and one?time mining of equal thick coal seam.The results showed that the slope is stable under natural condition，but after mining of C19 and C20 coal seams，the stability coefficients of steady slope which is in the nature state are 1.03 and 0.80，respectively.The development height of overlying strata plastic failure zone is 120 m after mining of the equal thick coal seam，and local damage of the loose layer at the shallow of the surface occurs.When the development height of overlying strata plastic failure zone is 80 m after mining of C19 coal seam，it doesn’t spread to the earth’s surface，and the slope is still in the steady state.When the development height of overlying strata plastic failure zone is 150 m after mining of C20 coal seam，the unconsolidated formation and bed rock weathering zone are generally damaged，and the slope is in poor stability.When a single seam ismined，the maximum height of fracture development is 35～40 times of mining height，and the influence on the slope is relatively small.When the close two layers of coal are mined in turn，the overburden failure is aggravated，resulting in instability of the slope.

Key words：mining engineering;mining?induced slope;repeated mining;numerical simulation;overburden failure

0?引?言

采動(dòng)對(duì)山區(qū)地表和平地的影響有著顯著的區(qū)別，地下煤炭開(kāi)采后坡體的巖體完整性遭到破壞[1]，坡體上的裂縫破壞會(huì)引起山體滑移或發(fā)生滑坡災(zāi)害[2]。重復(fù)采動(dòng)一般指在已經(jīng)開(kāi)采過(guò)的采空區(qū)下方或者上方進(jìn)行二次甚至多次開(kāi)采[3]。重復(fù)采動(dòng)的地表移動(dòng)變形比單次開(kāi)采劇烈，將會(huì)嚴(yán)重影響到坡體穩(wěn)定性[4]。

國(guó)外學(xué)者于20世紀(jì)70年代對(duì)采動(dòng)滑坡災(zāi)害開(kāi)始研究，通過(guò)Aberfan滑坡研究發(fā)現(xiàn)，地下采動(dòng)對(duì)滑坡起著較大的影響[5]。Sagaseta與Dai認(rèn)為采動(dòng)滑坡失穩(wěn)的主要因素是因?yàn)榈乇硭傻叵麻_(kāi)采后產(chǎn)生的地裂縫滲入而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞的[6-7]。Jones等通過(guò)對(duì)南威爾士淺表層滑坡進(jìn)行數(shù)值模擬和物理相似材料模擬研究，提出采空區(qū)范圍內(nèi)的覆巖層面和節(jié)理裂隙的發(fā)育是影響邊坡安全系數(shù)的主要因素[8]。Boris針對(duì)不同的開(kāi)采方法，控制不同的開(kāi)采深度，調(diào)整不同的開(kāi)采位置對(duì)邊坡進(jìn)行FLAC和UDEC模擬，分析了加拿大Frank滑坡的變形破壞機(jī)制[9]。國(guó)內(nèi)學(xué)者王悅漢等基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和相似模型實(shí)驗(yàn)，探討了重復(fù)采動(dòng)下巖層活化機(jī)理[10];李騰飛等結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、物理模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，

研究了采動(dòng)滑坡失穩(wěn)機(jī)理[11-12];劉書(shū)賢等基于概率積分法建立了煤礦采動(dòng)地表移動(dòng)變形預(yù)測(cè)模型[13];李飛等基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖移觀測(cè)得出了山區(qū)下開(kāi)采覆巖移動(dòng)及破斷機(jī)制[14];

殷躍平等采用數(shù)值模擬的方法對(duì)武隆雞尾山滑坡的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明地下采掘改變了坡體的應(yīng)力環(huán)境，使層狀塊裂巖體產(chǎn)生差異沉降從而引發(fā)失穩(wěn)破壞[15-16]。

目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者研究都集中于產(chǎn)生滑坡破壞的機(jī)制，并且形成了成熟的理論;煤礦開(kāi)采如何誘發(fā)山體滑坡的研究還處于開(kāi)始階段，且都集中研究露天開(kāi)采與滑坡的關(guān)系[17];重復(fù)采動(dòng)的研究主要集中在把握地表移動(dòng)規(guī)律。坡體下開(kāi)采現(xiàn)已成為許多國(guó)際會(huì)議的主要議題[18]，對(duì)采動(dòng)坡體的研究不斷進(jìn)步，而對(duì)于近距離多煤層重復(fù)采動(dòng)條件下坡體穩(wěn)定性的研究還相對(duì)較少。鑒于此，以四川瀘州寧發(fā)能源有限公司岔角灘煤礦二采區(qū)為對(duì)象，分析采動(dòng)后坡體穩(wěn)定系數(shù)，利用Flac3D模擬多煤層開(kāi)采后覆巖破壞情況，綜合分析坡體穩(wěn)定性。

1?采區(qū)工程概況

岔角灘井田地處四川省瀘州市與貴州省接壤的古藺縣境內(nèi)，屬于古敘煤田。地表地形屬于剝蝕成因的復(fù)雜中山區(qū)地形，地表最大高差達(dá)774.3 m，一般高差在300～500 m范圍，地表坡度一般為15°～40°，局部達(dá)85°.區(qū)內(nèi)山巒起伏，溝谷縱橫，巖溶發(fā)育，多呈單面山;反向坡一側(cè)常形成懸崖峭壁，常見(jiàn)滑坡及崩塌堆積物。裸露基巖風(fēng)化程度大，地表松散層厚度0～10 m，一般2～5 m，主要分布在坡麓、低洼地、溝谷及河床邊灘部位，與下部巖層為不整合接觸。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)，二采區(qū)開(kāi)采C19，C20層煤，其屬于近距離、傾斜煤層群，各煤層特征見(jiàn)表1.綜合考慮地質(zhì)條件及各個(gè)影響因素，選取具有代表性的Ⅴ號(hào)坡體研究對(duì)象，對(duì)應(yīng)剖面圖如圖1所示。

2?邊坡穩(wěn)定性理論分析

2.1?天然邊坡穩(wěn)定性理論分析

定性分析方法、定量分析方法、不確定性分析法、物理模擬法等已經(jīng)成為現(xiàn)有研究天然邊坡問(wèn)題的首要方法。

天然邊坡的失穩(wěn)一般是沿著坡體內(nèi)的軟弱面（或軟弱帶）滑動(dòng)，滑動(dòng)面往往是折線[19-20]，比較適合采用推力法對(duì)其進(jìn)行極限平衡分析。

如圖2（a）所示，邊坡發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，其滑動(dòng)面為一條折線，滑動(dòng)面上的滑坡體視為剛體，根據(jù)松散層與下部基巖的接觸面條件，將滑坡體劃分為若干個(gè)垂直滑體，…，n，…，i，下滑力由上向下進(jìn)行傳遞，故從上向下建立各個(gè)滑體的靜力平衡方程，再反向自下而上進(jìn)行計(jì)算，最終可得整個(gè)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，即判斷其整體的穩(wěn)定性。

第一段滑體的受力情況如圖2（a）所示，建立其靜力平衡方程

E1+G1cosα1tan1+c1L1-KG1sinα1=0

式中?E1為第二段滑體b1b′1b2b′2對(duì)第一段滑體ab1b′1 的推力，其作用方向平行于滑動(dòng)面ab′1，且假定向上為正值;G1為第一段滑體ab1b′1的自重;α1為第一段滑體ab1b′1的滑動(dòng)面傾角;1為第一段滑體ab1b′1的內(nèi)摩擦角;c1，L1分別為第一段滑體ab1b′1的滑動(dòng)面內(nèi)聚力和長(zhǎng)度;K為邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。

對(duì)其中任一滑體n，即滑體bn-1b′n-1bnb′n做受力分析，如圖2（b）所示，除其本身產(chǎn)生的下滑力和抗滑力外，還有第n-1段滑體傳遞下來(lái)的推力E′n-1，其與En-1大小相等方向相反。此外，還有第n+1段段滑體對(duì)第n段滑體bn-1b′n-1bnb′n的平行于滑動(dòng)面

b′n-1b′n的推力En，假定向上為正值。則根據(jù)第n段滑體

bn-1b′n-1bnb′n的靜力平衡條件可得

En=KGnsinαn-Gncosαntann-cnLn+

E′n-1cos（αn-1-αn）-E′n-1cos（αn-1-αn）tann

式中?En為第n+1段滑體對(duì)第n段滑體的推力，其作用方向平行于滑動(dòng)面

b′n-1b′n，且假定向上為正值;

Gn為第n滑體bn-1b′n-1bnb′n的自重;αn為第n段滑體

bn-1b′n-1bnb′n的滑動(dòng)面傾角;n為第n段滑體

bn-1b′n-1bnb′n的內(nèi)摩擦角;cn，Ln分別為第n段滑體

bn-1b′n-1bnb′n的滑動(dòng)面內(nèi)聚力和長(zhǎng)度。

對(duì)于任一滑體n所得到的靜力平衡方程適用于坡體上的所有滑體，即可知推力在各段滑體中的分布情況。同理，可列出最后一段滑體的靜力平衡方程，即n=i時(shí)，可得出

Ei=KGisinαi-Gicosαitani-ciLi+

E′i-1cos（αi-1-αi）-E′i-1cos（αi-1-αi）tani（1）

假設(shè)力的傳遞系數(shù)為

ζ=cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）tani（2）

將（2）式代入（1）式，可進(jìn)一步寫(xiě)為

Ei=KGisinαi-Gicosαitani-ciLi+ζEi-1（3）

按照上述步驟依次計(jì)算至最后一段的推力Ei，若Ei<0，即第i段沒(méi)有推力，故斜坡是穩(wěn)定的;反之若Ei>0，說(shuō)明第i段還有推力，因此坡體是不穩(wěn)定的。

在實(shí)際計(jì)算中，邊坡穩(wěn)定系數(shù)K是需要求解的問(wèn)題，上述方程存在2個(gè)未知數(shù)，即最后一個(gè)滑體的推力Ei和穩(wěn)定系數(shù)K.假定最后一段滑體的推力Ei=0，代入式（3），求得

KGisinα-Gicosαitani-ciLi+ζEi-1=0，可得到上一個(gè)滑體Ei-1與穩(wěn)定系數(shù)K的關(guān)系。所以，從第一個(gè)滑體向下進(jìn)行代入計(jì)算，即E1代入E2，算出E2代入E3，……算出的Ei-1代入Ei，并將Ei=0最終求得邊坡穩(wěn)定系數(shù)K，若K>1，則認(rèn)為邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2?采動(dòng)邊坡穩(wěn)定性理論分析

采動(dòng)山體滑坡災(zāi)害涉及地下開(kāi)采對(duì)覆巖的破壞，覆巖的破壞對(duì)地表的擾動(dòng)。當(dāng)?shù)乇泶嬖诖罂诐裣菪渣S土覆蓋層、垂直裂隙發(fā)育型土層時(shí)，采動(dòng)地表移動(dòng)變形具有其特殊性，主要表現(xiàn)為地表隨機(jī)性裂縫。隨著工作面的不斷推進(jìn)，采空區(qū)上方巖層依次形成“三帶”，上覆巖層組因下沉產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，從而產(chǎn)生自上而下的張拉裂隙，即“下行裂隙”，最大“下行裂隙”發(fā)生于導(dǎo)水裂縫帶的“馬鞍”所對(duì)應(yīng)的位置處[21-23]，如圖3所示。

對(duì)于薄松散層邊坡，潛在滑動(dòng)面一般為松散層之下的基巖面，而采動(dòng)邊坡的穩(wěn)定性主要就是研究這個(gè)基巖面的穩(wěn)定。天然狀態(tài)下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)作用，基巖上的松散層與基巖之間形成一定的表面摩擦力和部分顆粒嵌入形成的鉸接力，使得整個(gè)坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵麻_(kāi)采形成采空區(qū)后，原始密實(shí)的地下結(jié)構(gòu)被破壞，破壞范圍從工作面采空區(qū)依次向上發(fā)育，因?yàn)樯细膊煌瑤r層表現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)，從而使得上覆巖層產(chǎn)生垮落、裂隙以及非協(xié)調(diào)下沉移動(dòng)，破壞了潛在滑動(dòng)面的原有性質(zhì)，即降低了潛在滑動(dòng)面的力學(xué)性能，使得內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角減小，增加了滑坡的可能性?？蓪O限平衡理論中的公式（1）和公式（2）修正為

Fi=K′Gisinαi-Gicosαitan（μi）-（λci）Li+ξF′i-1（4）

ξ=cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）tan（μi）（5）

式中?Fi為采動(dòng)后第i段滑體對(duì)第i-1段滑體的推力;λci為采動(dòng)后第i段滑體的滑動(dòng)面內(nèi)聚力;μi為采動(dòng)后第i段滑體的內(nèi)摩擦角;ξ為采動(dòng)后力的傳遞系數(shù);λ和μ分別為內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的折減系數(shù);K′為采動(dòng)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。

所對(duì)應(yīng)采動(dòng)后的坡體穩(wěn)定系數(shù)算法和天然邊坡計(jì)算方法一樣，因?yàn)樗x坡體剖面的局限性及取值的特殊性，采動(dòng)后的坡體穩(wěn)定系數(shù)作為判定采動(dòng)坡體是否穩(wěn)定的初步條件。當(dāng)其大于1.0時(shí)，說(shuō)明內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角在對(duì)應(yīng)衰減后，坡體還滿足穩(wěn)定系數(shù)條件，地下開(kāi)采后上覆巖層破壞沒(méi)有與巖層的下行裂隙、地表隨機(jī)性裂縫貫通，坡體僅有可能發(fā)生局部的淺層破壞;反之，當(dāng)其小于1.0時(shí)，坡體可能發(fā)生深層破壞，進(jìn)而誘發(fā)大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害。因此，研究采動(dòng)滑坡災(zāi)害機(jī)理的本質(zhì)是探究地下開(kāi)采覆巖破壞與地表破壞貫通情況。

3?工程應(yīng)用

3.1?Ⅴ號(hào)坡體天然穩(wěn)定性

綜合考慮二采區(qū)地質(zhì)條件，優(yōu)化開(kāi)采條件，分析出V號(hào)剖面潛在滑動(dòng)面為基巖面，根據(jù)基巖面折線將滑坡體劃分為9個(gè)垂直滑體，各個(gè)垂直滑體塊段劃分如圖4所示，各垂直滑體的幾何和物理力學(xué)參數(shù)及計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2.

將上述各個(gè)參數(shù)代入式（1）（2）中，可解得該坡體的天然邊坡系數(shù)為K=1.47即，在天然狀態(tài)下，該坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2?采動(dòng)對(duì)V號(hào)坡體的影響分析

根據(jù)對(duì)采動(dòng)坡體穩(wěn)定性的理論分析，可初步推斷采動(dòng)后坡體的穩(wěn)定性。研究區(qū)域?qū)儆诘湫痛仙降兀瑤r層傾向產(chǎn)狀與坡體傾向相反，坡度平均21°，基巖上部完全裸露被完全風(fēng)化并堆積有松散層和風(fēng)化碎屑巖，整體表現(xiàn)為強(qiáng)度低伴有垂直裂隙。主采C19和C20煤層平均厚度為2.01和0.8 m，區(qū)段下行式開(kāi)采。頂板管理方法采用全部垮落法，采出空間比較大，上部巖層運(yùn)動(dòng)劇烈，導(dǎo)致覆巖破壞的范圍擴(kuò)大，巖層破壞區(qū)與上覆巖層因非協(xié)調(diào)下沉形成的下行裂隙、地表隨機(jī)性裂隙容易相互貫通，降低了潛在滑動(dòng)面的性質(zhì)，從而會(huì)誘發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[24-25]。根據(jù)以往開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，公式（4）（5）中折減系數(shù)

λ和μ的取值范圍見(jiàn)表3，對(duì)于不同開(kāi)采方法、開(kāi)采參數(shù)、地形特征的差異產(chǎn)生的破壞程度也不同，破壞影響程度越大，取值越小。一般逆坡開(kāi)采取小值，順坡開(kāi)采取大值;地表坡度越陡，取值越小;采深越淺，取值越小。

綜合考慮采區(qū)地質(zhì)及周邊的開(kāi)采情況，分析其開(kāi)采后的覆巖及地表破壞情況，考慮一定的安全性，V號(hào)邊坡的λ和μ取值見(jiàn)表4.將表4中的參數(shù)代入表2，同樣按照邊坡穩(wěn)定系數(shù)的推力計(jì)算法原理，利用修正公式（4）和（5）計(jì)算得出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.

由計(jì)算結(jié)果可知，二采區(qū)V號(hào)剖面坡體在地下首先開(kāi)采C19煤層后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.03，坡體已經(jīng)處于滑坡臨界狀態(tài);再次開(kāi)采C20煤層，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.80，坡體在地下煤層二次開(kāi)采擾動(dòng)后處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

天然邊坡穩(wěn)定性主要是研究潛在滑動(dòng)面在坡體的自重及構(gòu)造應(yīng)力下的強(qiáng)度是否超過(guò)了強(qiáng)度極限。天然坡體下經(jīng)過(guò)地下開(kāi)采擾動(dòng)引起地表沉陷，產(chǎn)生裂縫并溝通到地表，破壞了坡體的整體性，從而對(duì)坡體的穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響，所以研究采動(dòng)坡體是否會(huì)失穩(wěn)，應(yīng)從地下擾動(dòng)產(chǎn)生的裂縫和破壞入手，進(jìn)而分析采動(dòng)坡體穩(wěn)定性。

4?數(shù)值模擬分析

根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際工程情況模擬3個(gè)方案進(jìn)行比較，方案1：僅采C19一煤層;方案2：先采C19煤層，再開(kāi)采C20煤層;方案3：相同地質(zhì)情況下，開(kāi)采與C19和C20兩煤層總和等厚的煤層。各個(gè)方案具體模擬參數(shù)見(jiàn)表5.

4.1?計(jì)算模型

根據(jù)圖4所示的剖面圖建立Flac3D數(shù)值計(jì)算

模型。Ⅴ剖面模型尺寸為：1 030 m×20 m×383 m，由10 224個(gè)單元組成，包括21 076個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖5所示，各層煤巖體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表6.

4.2?采動(dòng)圍巖塑性區(qū)分布

FLAC3D模擬軟件內(nèi)嵌坡體穩(wěn)定性計(jì)算采用強(qiáng)度折減法，以整個(gè)模型的穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，模型在開(kāi)挖后煤層頂板的冒落帶范圍直接發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致開(kāi)挖后模型整體的穩(wěn)定系數(shù)過(guò)小，不具備參考價(jià)值。因此對(duì)開(kāi)挖后的塑性區(qū)分布進(jìn)行分析，目的是研究上覆巖層破壞與坡體上松散層破壞的關(guān)系，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

4.3?坡體穩(wěn)定性分析

杉木樹(shù)礦區(qū)與岔角灘井田相鄰，位于宜賓市珙縣巡場(chǎng)鎮(zhèn)，同屬于古敘煤田，采礦地質(zhì)條件相似。經(jīng)過(guò)前期河流下開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)得出不同采高條件下兩帶高度見(jiàn)表7.

由圖6中的各方案回采結(jié)束后塑性區(qū)分布圖及素描圖可知：方案1中，僅采C19一層煤，開(kāi)采結(jié)束后覆巖裂隙發(fā)育高度約為80 m左右，地表松散層未出現(xiàn)塑性破壞。方案2中，先采C19煤層，再采C20煤層，兩煤層回采結(jié)束后覆巖破壞發(fā)育高度約為150 m左右，在開(kāi)采深度較深部處覆巖裂隙未發(fā)育到地表，在開(kāi)采深度較淺處，覆巖破壞直接與地表溝通，即坡腳處已發(fā)生破壞，地表松散層整體出現(xiàn)塑性破壞。方案3中，僅采一層煤，煤層厚度等于C19和C20煤層的總和，回采結(jié)束后覆巖破壞發(fā)育高度約為120 m左右，埋深較淺處地表松散層發(fā)生局部塑性破壞。

由數(shù)值模擬結(jié)果和杉木樹(shù)礦區(qū)開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)可知，在這種開(kāi)采地質(zhì)條件下，當(dāng)開(kāi)采單一煤層時(shí)，覆巖裂隙發(fā)育最大高度為35～40倍開(kāi)采高度，覆巖破壞對(duì)坡體穩(wěn)定性影響都相對(duì)較小。當(dāng)開(kāi)采C19一層煤層后，上覆巖層受到一次擾動(dòng)后較為破碎，強(qiáng)度及承載能力降低;再開(kāi)采近距離的C20煤層時(shí)，上覆破碎巖層在垂直方向上受自重影響快速下沉，頂板相對(duì)懸空時(shí)間減少，上覆巖層在受到二次擾動(dòng)后覆巖破壞發(fā)育更加迅速，與上覆巖層因不協(xié)調(diào)下沉產(chǎn)生的下行裂隙、地表的隨機(jī)性裂隙貫通。潛在滑動(dòng)面的力學(xué)性質(zhì)，即內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角降低加劇，從而使得坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)對(duì)采動(dòng)坡體的理論分析和數(shù)值模擬分析，工作面回采后，覆巖發(fā)生不同程度的破壞、彎曲、下沉，裂縫向上發(fā)育與地表裂縫溝通，對(duì)坡體的穩(wěn)定產(chǎn)生威脅，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）在坡體下進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，當(dāng)坡腳下方存在采空區(qū)，需要分析坡腳對(duì)應(yīng)工作面開(kāi)采后對(duì)上覆巖層的破壞情況，以免因覆巖破壞波及地表，引起坡體產(chǎn)生淺層滑坡災(zāi)害;

2）地下開(kāi)采會(huì)引起上覆巖層破壞、彎曲、下沉，當(dāng)覆巖破壞與上覆巖層因不協(xié)調(diào)下沉產(chǎn)生的下行裂隙、地表產(chǎn)生的隨機(jī)裂隙貫通時(shí)，會(huì)減小影響潛在滑動(dòng)面的2個(gè)主要因素：內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，進(jìn)而導(dǎo)致坡體失穩(wěn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害;

3）坡體因采動(dòng)失穩(wěn)破壞的災(zāi)害規(guī)模受到地下開(kāi)采強(qiáng)度的直接影響，不同的開(kāi)采方案對(duì)覆巖破壞程度產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而控制覆巖破壞程度與地表裂隙的發(fā)育程度，所以優(yōu)化開(kāi)采方案是控制采動(dòng)坡體穩(wěn)定性的基礎(chǔ);

4）開(kāi)采將對(duì)未發(fā)生破壞的坡體產(chǎn)生潛在威脅，地下開(kāi)采后因地表存在松散層，將會(huì)因不協(xié)調(diào)下沉產(chǎn)生隨機(jī)裂隙，在南方多雨天氣作用下，雨水沿著地表產(chǎn)生的裂縫進(jìn)入潛在滑動(dòng)面，同樣會(huì)影響坡體的穩(wěn)定。

5?坡體穩(wěn)定技術(shù)措施

采動(dòng)邊坡的不穩(wěn)定性主要由開(kāi)采后產(chǎn)生的裂縫引起的，針對(duì)分析出地下采動(dòng)對(duì)坡體的穩(wěn)定產(chǎn)生的威脅提出相應(yīng)的措施，結(jié)合工程實(shí)際控制開(kāi)采方法，調(diào)整開(kāi)采布局和開(kāi)采方案。

1）實(shí)行區(qū)段上行開(kāi)采?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)采方案為區(qū)段下行開(kāi)采，開(kāi)采方向與坡體方向相反，實(shí)際屬于逆坡開(kāi)采，開(kāi)采引起的地表移動(dòng)方向與坡體滑移方向一致，加劇了坡體的不穩(wěn)定性。而區(qū)段上行開(kāi)采中開(kāi)采方向與坡體形成順坡開(kāi)采，使得地表移動(dòng)方向與坡體滑移方向相反，可以有效地抑制坡體的不穩(wěn)定性;

2）運(yùn)用控制開(kāi)采理論減少開(kāi)采引起的破壞和裂縫發(fā)育。煤層群協(xié)調(diào)開(kāi)采技術(shù)可以避免地表變形疊加，有效地減緩地表沉陷破壞強(qiáng)度，降低開(kāi)采沉陷災(zāi)害引起的危害程度。并且，留設(shè)保護(hù)煤柱是常用且有效的減少地表?yè)p害的方法，如圖7所示，為了保護(hù)二采區(qū)的公路及沿線房屋等建（構(gòu)）筑，按68°走向移動(dòng)角劃定二采區(qū)各工作面的停采線，提高開(kāi)采邊坡穩(wěn)定性;

3）在坡體的前緣設(shè)置鉆孔防滑樁，一般坡體的前緣也是滑坡的下邊界，此處下部巖體堅(jiān)固，能依靠埋入滑動(dòng)面以下部分的錨固作用和被動(dòng)抗力承受上部滑體的推力，從而可以維持坡體穩(wěn)定。

6?結(jié)?論

1）開(kāi)采前V號(hào)坡體處于天然穩(wěn)定狀態(tài);地下開(kāi)采應(yīng)用修正公式（6）和（7）分析表明：C19煤層開(kāi)采結(jié)束后，采動(dòng)安全系數(shù)為1.03，對(duì)坡體影響不顯著;C20煤層開(kāi)采結(jié)束后，加劇了已經(jīng)產(chǎn)生的破壞，采動(dòng)安全系數(shù)為0.8，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài);

2）分析給出重復(fù)采動(dòng)坡體破壞的機(jī)理，二采區(qū)各煤層開(kāi)采完成后，產(chǎn)生的覆巖破壞基本都呈“馬鞍形”，重復(fù)采動(dòng)弱化了覆巖巖性，原有覆巖節(jié)理裂隙“活化”，使得第一次采動(dòng)產(chǎn)生的裂隙再發(fā)育，地表沉陷災(zāi)害加劇，主要表現(xiàn)為地表沉陷裂縫破壞、斜滑移裂縫破壞和局部陡立邊坡滑塌災(zāi)害，故重復(fù)采動(dòng)相比開(kāi)采單一等厚煤層對(duì)坡體產(chǎn)生的威脅更大;

3）通過(guò)對(duì)理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合，給出了采動(dòng)坡體穩(wěn)定性分析的依據(jù)及方法，提出了地下采動(dòng)對(duì)坡體產(chǎn)生威脅的機(jī)理，并提出了相應(yīng)的坡體穩(wěn)定技術(shù)措施，為煤礦在坡體下開(kāi)采及多煤層開(kāi)采方案提供一定的參考和借鑒。

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