摘要
随着秀山矿西采场采剥台阶逐步到界，西帮揭露出一条宽约为10m的断层破碎带。由于该断层破碎带完整性差、风化严重、充填物松碎，时常发生掉块、剥落现象，甚至诱发上覆台阶出现大范围滑动，对矿山生产安全构成严重威胁，亟需采取有效的治理措施来控制断层破碎带变形破坏。为了解决此问题，本文采用试验研究、理论分析、数值模拟与方案优化的综合研究方法，分析了断层破碎带对动态发展的西采场边坡稳定性的影响规律；揭示了采动边坡下部梁板的变形破坏模式；提出了断层破碎带防护与治理措施。论文主要成果如下： （1）通过室内直剪试验、点荷载试验、单轴抗压试验及变角剪切试验测定断层破碎带内部岩土充填物、微晶灰岩、灰质白云岩、石英砂岩的物理力学参数。基于RMR法的岩体质量评价与Hoek-Brown准则对微晶灰岩、灰质白云岩、石英砂岩的抗剪强度参数进行折减，综合试验结果给出了秀山矿岩土物理力学参数推荐值。 （2）根据秀山矿地质资料，采用Rhino-FLAC3D耦合建模，分别构建有、无断层破碎带的西采场边坡三维模型，进行了西采场降段开采全过程的模拟分析。根据位移、最大剪切应变增量与安全系数等关键指标分析结果，揭示了断层破碎带对采动边坡变形破坏的影响规律。断层破碎带的存在，改变了边坡临空面方向位移的分布情况，使得峰值位移集中区域呈现向下移动的趋势。在开采降段过程中，台阶坡面岩体的竖向位移表现出回弹趋势，且含有断层破碎带的边坡台阶表面竖向位移量更大。在前四个台阶的降段过程中，断层破碎带的存在使得边坡安全系数弱化了10%左右。 （3）基于断层破碎带与板状岩层区域的变形破坏模式，对西采场岩质边坡下部梁板结构进行理论分析。构建了板状岩层控制区的基本梁板力学模型，分别给出了下覆板状岩层在自重条件下发生滑移弯曲式倾倒变形破坏的临界条件，并且结合外部因素修正了梁板轴向下滑力的表达式，进一步确定了断层破碎带失稳荷载传递至下覆板状岩层诱发其失稳的临界条件。 （4）针对断层破碎带隐患问题，确定了断层破碎带加固技术及加固工程维护措施。通过封闭性良好、支护结构物较轻、提供主动力三个基本要求，确定加固技术为挂网+喷浆+格构梁（锚索+格构梁）。根据库伦土压力理论，计算出断层破碎带主动土压力，从而确定锚索格构梁支护的锚固力。采用Geo-studio软件对加固方案进行效果检验，得出治理后的断层破碎带边坡安全系数提升20%以上。
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