一种二维＋三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法与流程

本发明涉及露天煤矿＋边帮形态优化，尤其涉及一种二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法。

背景技术：

1、传统的二维刚体极限平衡法没有考虑岩土体内部的应力应变关系，无法分析边坡破坏的发生和发展过程，无法考虑变形及地形变化对边坡稳定性的影响，当边坡破坏机制复杂或边坡分析需要考虑应力和变形时，宜结合数值模拟进行分析；其次，仅用二维稳定性计算，无法分析边坡的三维效应。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，解决二维稳定性计算考虑不充分的问题，采用大型岩土工程三维分析软件flac3d，揭示边坡失稳机理及内排追踪压帮三维支挡效应，弥补二维刚体极限平衡法的不足，使计算结果更为可靠。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，包括以下步骤：

4、步骤1：分析岩性、地质构造、岩体结构、降雨及采矿工程活动因素对边坡稳定性的影响，确定滑坡的形成条件及诱发因素，判定边坡的潜在滑坡模式；

5、步骤2：依据《露天煤矿工程设计规范》，确定边坡合适的安全储备系数；

6、步骤3：采用二维刚体极限平衡法，设计满足安全储备系数的边坡形态，初步圈定开采境界，境界位置边坡均满足安全储备系数要求；

7、步骤4：建立三维数值模拟模型，分析不同追踪压帮距离对边坡稳定性的影响，选取合适的追踪距离与边坡角；

8、步骤5：考虑矿权界、煤层露头位置、境界的几何形状及设备作业空间要求，对圈定的开采境界进行局部调整，采用二维极限平衡法结合三维数值模拟的方法，对调整后验算剖面的稳定性进行评价和优化，确定最终的边坡形态。

9、进一步地，所述步骤3具体包括：

10、步骤3.1：考虑矿权界、煤层露头位置、境界的几何形状及设备要求的作业空间，对圈定的开采境界使用二维极限平衡分析法中的简化bishop法和剩余推力法进行边坡稳定性计算，确保调整后开采境界边坡稳定；

11、步骤3.2：根据计算结果设计满足安全储备系数的边坡形态，初步圈定开采境界，境界位置边坡均满足安全储备系数要求。

12、进一步地，所述步骤4具体包括：

13、步骤4.1：设计三维数值模拟方案，在cad中进行二维断面设计，接着在工业设计软件犀牛中建立三维模型，应用犀牛中网格划分工具griddle进行网格划分，并生成网格文件用于flac3d的计算；以不同研究方案为数值模拟对象，分别建立压帮至地表时不同追踪距离边坡三维数值模拟模型；

14、步骤4.2：根据模拟结果，获得边帮不同追踪距离条件下临界失稳时的变形破坏特征及边坡的稳定系数，兼顾开采设备所需的限定工作条件以及运输距离的影响，选取合适的追踪距离与边坡角。

15、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，基于二维和三维边坡稳定性评价和形态优化结果，优化后开采境界较初设境界多采出更多煤炭资源，可以创造更多利润价值，经济效益显著。

技术特征：

1.一种二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：

3.根据权利要求1所述的二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，其特征在于：所述步骤4具体包括：

技术总结
本发明提供一种二维+三维的露天煤矿边帮形态优化设计方法，涉及露天煤矿边帮形态优化技术领域。在确定滑坡形成条件及诱发因素的前提下，判定边坡潜在滑坡模式，依据《露天煤矿工程设计规范》，确定边坡合适的安全储备系数，采用二维刚体极限平衡法，设计满足安全储备系数的边坡形态，初步圈定开采境界，通过建立三维数值模拟模型，分析不同追踪压帮距离对边坡稳定性的影响，选取合适的追踪距离与边坡角，对圈定开采境界进行局部调整，采用二维极限平衡法结合三维数值模拟的方法，对调整后验算剖面的稳定性进行评价和优化，确定最终的边坡形态。本发明优化后开采境界较初设境界多采出更多煤炭资源，可以创造更多利润价值，经济效益显著。

技术研发人员：蔡明祥,姜聚宇,高金龙,王识辉
受保护的技术使用者：国家能源集团新疆能源有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15