一种露天矿滑坡预测方法技术

本发明专利技术涉及一种露天矿滑坡预测方法，其属于基础理论、岩石力学、爆破科学、地质灾害预测理论及其应用研究领域。它主要包括如下步骤：露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立；测量控制露天矿滑坡的作用量；确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系；露天矿边坡虚度和实度变化率的测试方法；露天矿爆破与滑坡之间关系的作用学研究方法。本发明专利技术的有益效果是：建立了作用学滑坡运动新理论，给出了滑坡与爆破及其它作用与滑坡之间的定量关系函数，进一步完成了滑坡预测科学研究史上的突破，使滑坡预测工作科学、省力，方法简便、实用、准确可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种露天矿滑坡预测方法，其属于基础理论、岩石力学、爆破科学、地质灾害预测理论及其应用研究领域。
技术介绍
滑坡构成了露天矿安全生产的一大灾害。因此，长期以来，人们十分重视露天矿边坡稳定性、预测与防治滑坡灾害的研究。目前，国内外研究露天矿边坡稳定性、预测滑坡的方法如下：1、工程地质类比法；2、结构分析法；3、极限平衡分析法；4、数值分析法、5、概率分析法。虽然这些方法应用了很长一段历史时期，但由于传统基础理论和应用基础理论对作用与变化关系规律认识的不全面性，对作用、变化、材料性质概念及其统一关系规律认识的不准确性，导致了人们对露天矿边坡性质概念和露天矿滑坡与其控制因素之间关系规律认识的不准确性。归结起来，目前滑坡预测研究理论主要存在如下缺陷：没有正确表述滑坡运动与其控制因素之间关系的正确理论与方程，从而导致人们在进行滑坡预测研究中不能正确确定需要观测哪些必要的物理量，不能准确建立滑坡与其控制因素之间的关系方程，也就难以准确描述和有效分析预测滑坡事故孕育、发展与发生过程。在滑坡预测实践中，研究人员不只是走了一些弯路问题，而且大部分研究工作都是在做无用功。由于研究方向不正确，人们在观测研究中获取的观测数据常常是与滑坡预测需要不相干的数据，在数据分析问题上也总是偏离核心，分析来分析去，始终找不到滑坡预测所需要的最终数据，获取的结果常常是无效数据。人们对滑坡事故发生与其控制因素之间的定量关系规律认识极其模糊，如对爆破、大气降水、地表地下水、在边坡上运行的车辆和行人与滑坡孕育、发展、发生过程之间的定量关系规律的认识，迄今为止，国内外都不很明确。实际上，在爆破理论中，目前也很难找到关于爆破与岩层破坏之间关系规律描述的直接关系理论公式。对爆破作用与滑坡之间关系的认识，目前，国内外有两种观点：一种观点认为将介质质点振动速度作为衡量爆破控制滑坡的标准合理，因为观测结果认为，爆破产生的破坏程度与质点振动速度关系比较密切。另一种观点认为将质点振动加速度作为衡量爆破控制滑坡的标准合理，因为加速度反映荷载大小。在边坡稳定性研究中，有人采用质点振动速度作为边坡稳定性判据，也有人将质点振动速度和对应频率同时作为判据。笔者认为，这种观点都不是正确的，因为质点振动速度和加速度都不是爆破产生的作用量。爆破对滑坡的控制，其实质是爆破对滑坡物质产生了一种加载作用，构成了控制滑坡运动的直接作用因素。爆破对滑坡构成的是一种加载作用。如果在滑坡体上爆破，炸药爆炸产生的作用合量几乎全部用于驱动滑坡体运动；如果在滑坡体以外爆破，炸药产生的作用量会有一部分用于驱动滑坡体运动。在露天矿生产阶段，爆破是滑坡孕育、发展、发生整个过程的直接驱动因素。至于滑坡体是否滑坡，还与其它作用如重力、大气降水作用有关，还与滑坡面的性质有关。用爆破震动速度、加速度和对应的频率等数据作判据是不合适的，判别是否存在滑坡危险性的判据应该根据滑坡运行的基本规律来确定，不是随意可选的数据。能够确切反映滑坡危险性的数据主要是滑面的性质及其变化率：在作用控制下表现为滑动还是不滑动？滑面生成速度缓慢还是很快？滑面的可滑性指数(或不可滑性指数)的变化率大还是小？这种数据才能直接告诉人们是否具有滑坡灾害发生的危险！爆破震动速度、加速度的大小不能体现是否具有滑坡危险性。基本认识不正确，是滑坡预测不准确、工作效率低下的根本原因。总之，目前露天矿滑坡灾害事故预测与防治的困难，其关键原因在于理论力学与应用力学体系存在不科学的思想方法和不科学的理论内容。
技术实现思路
本专利技术针对自然科学不能正确认识滑坡与其控制因素之间关系规律的不足，提供一种露天矿滑坡预测方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：1、露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立根据作用学，滑坡运动与其控制因素之间的关系可用如下方程式表述：式中，m表示滑坡体的质量；A表示驱动滑坡体运动的主动作用量；E表示滑坡体的可滑程度(活动性指数，叫虚度)；T表示滑坡体的不可滑程度(稳定性指数，叫实度)；θ表示滑坡角(滑面倾角)；t表示滑坡体存在的时间(滑坡现象孕育、发展、发生时间)。其中，A＝Ft，F表示驱动滑坡体运动的主动作用力。在露天矿边坡稳定性探测和滑坡预测研究工作开展之前，首先必须明确露天矿滑坡与其控制因素之间关系的理论方程，然后，确立工作方向、工作内容、工作目标和工作任务。根据上述基本理论方程，在露天矿工程地质勘探阶段、生产设计阶段、生产阶段，研究露天矿边坡物质性质、进行滑坡预测的主要工作方向、目标、内容与任务是确定上述方程中涉及到的作用量、作用力、虚作用量、虚作用力、实作用量、实作用力、虚度、实度、虚度变化率、实度变化率、滑坡角、滑坡质量、滑坡体与滑面间的接触面或将来可能形成的滑面、可能形成的滑坡动力、滑坡预测方案与滑坡防治措施。2、测量控制露天矿滑坡的作用量与爆破有关的滑坡，其控制作用量主要有如下几个：滑坡体的初动量：A0＝mv0；该作用量可通过观测获得。m表示滑坡质量；v0表示滑坡初速度；A0表示因滑坡质量运动而构成的滑坡驱动作用量，等于滑坡体的动量。重力产生的作用量：A1＝mgt；该作用量是由重力产生的加载作用量，其值可在观测确定滑坡质量基础上通过计算获得。爆破产生的作用量：A2＝mzI0；式中，mz表示爆破所用炸药的质量；I0表示单位质量炸药产生的最大动量。炸药爆炸对滑坡体构成直接作用，从而使滑坡体在爆破加载作用下形成加载运动和加载变形。爆破加载作用量等于炸药爆炸传递给滑坡体的动量。如果有大气降水，这些运动的水还将对滑坡体产生作用，并改变滑面的可滑动性和不可滑动性。大气降水产生的驱动作用量为：A3＝SSq2t；式中，q为降雨流量；t为时间；SS为滑坡体分布的水平面积(水平投影面积)。该作用量可通过实验、观测、计算获得。地表水或地下水对滑坡体产生的作用可根据实际情况具体确定。如果有车辆和行人在边坡上运行，需进行统计并计算其作用量。其大小为： A 4 = Σ i = 1 n m i gt i ; ( i = 1 , 2 , ... , n ) . ]]>式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种露天矿滑坡预测方法，其特征在于，包括如下步骤：一、露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立；根据作用学，滑坡运动与其控制因素之间的关系可用如下方程式表述：式中，m表示滑坡体的质量；A表示驱动滑坡体运动的主动作用量；E表示滑坡体的可滑程度，即活动性指数，也叫虚度；T表示滑坡体的不可滑程度，即稳定性指数，也叫实度；θ表示滑坡角，即滑面倾角；t表示滑坡体存在的时间，即滑坡现象孕育、发展、发生时间；其中，A＝Ft，F表示驱动滑坡体运动的主动作用力；二、测量控制露天矿滑坡的作用量；包括滑坡体的初动量A0＝mv0、重力产生的作用量A1＝mgt、爆破产生的作用量A2＝mzI0；式中，m表示滑坡质量，v0表示滑坡初速度，A0表示因滑坡质量运动而构成的滑坡驱动作用量，等于滑坡体的动量，mz表示爆破所用炸药的质量，I0表示单位质量炸药产生的最大动量；三、确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系；A、露天矿边坡物质可滑性指数与作用量之间的一般关系规律，根据作用学得出虚度与作用量和虚作用量之间的一般关系式为即边坡物质的虚度为E=(M+m)a(M+m)g=ag,]]>边坡物质的实度(抗滑动指数)为T=1-E=1-(M+m)a(M+m)g=1-ag;]]>式中，M表示滑体的质量，a表示滑动加速度；B、确定露天矿边坡虚度变化和实度变化的一般规律，虚度变化率与实度变化率之间的关系式是一种对立统一关系，即α+β＝0或α＝‑β；α表示边坡实度变化率，β表示边坡虚度变化率；四、露天矿边坡虚度和实度变化率的测试方法；A、测定边坡在特定作用强度条件下的虚度和实度变化规律，B、测定边坡在不同作用强度条件下的虚度和实度变化规律，C、对不同性质的边坡地层性质及其变化率进行测试研究；五、露天矿爆破与滑坡之间关系的作用学研究方法包括，A、爆破与滑坡之间的一般关系规律，及露天矿爆破与露天矿滑坡之间的关系方程，即(1)作用于滑体上的爆破作用量A2与露天矿滑坡之间的关系方程为l=∫0tE(A1+A2)sinθmdt,]]>(2)不在滑坡体上的爆破作用与滑坡之间的关系方程为式中，l表示滑坡现象的位移距离，表示爆破产生的爆炸冲击作用合量A2与其对滑坡体构成作用的作用分量A′2之间的夹角；B、露天矿爆破与滑坡关系测量方法包括，(1)在露天矿边坡或边坡附近打炮眼、装药爆破，观测边坡物质的变化，如图5所示；(2)确定滑坡面、滑坡角、滑坡质量，观测滑坡位移、滑坡体受作用时间；(3)计算滑坡体接受的各种驱动作用量和驱动作用合量；(4)计算滑坡体在爆破前后的虚度和实度，然后计算爆破前后虚实度的变化率；(5)计算滑坡体的极限抗滑强度；(6)给出放炮装药量的极限数值；(7)根据工程地质资料和采矿设计计算预测可能出现滑坡灾害的时间、位置和强度，给出防范措施。...

【技术特征摘要】
1.一种露天矿滑坡预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立；根据作用
学，滑坡运动与其控制因素之间的关系可用如下方程式表述：
式中，m表示滑坡体的质量；A表示驱动滑坡体运动的主动作用量；E表示滑坡体的可滑
程度，即活动性指数，也叫虚度；T表示滑坡体的不可滑程度，即稳定性指数，也叫实度；θ表
示滑坡角，即滑面倾角；t表示滑坡体存在的时间，即滑坡现象孕育、发展、发生时间；其中，A
＝Ft，F表示驱动滑坡体运动的主动作用力；
二、测量控制露天矿滑坡的作用量；包括滑坡体的初动量A0＝mv0、重力产生的作用量A1＝mgt、爆破产生的作用量A2＝mzI0；式中，m表示滑坡质量，v0表示滑坡初速度，A0表示因滑坡
质量运动而构成的滑坡驱动作用量，等于滑坡体的动量，mz表示爆破所用炸药的质量，I0表
示单位质量炸药产生的最大动量；
三、确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系；
A、露天矿边坡物质可滑性指数与作用量之间的一般关系规律，根据作用学得出虚度与
作用量和虚作用量之间的一般关系式为即边坡物质的虚度为 E = ( M + m ) a ( M + m ) g = a g , ]]>边坡物质的实度(抗滑动指数)为 T = 1 - E = 1 - ( M + m ) a ( M + m ) g = 1 - a g ; ]]>式中，M表示滑体的质量，a表示滑动加速度；
B、确定露天矿边坡虚度变化和实度变化的一般规律，虚度变化率与实度变化率之间的
关系式是一种对立统一关系，即α+β＝0或α＝-β；α表示边坡实度变化率，β表示边坡虚度变
化率；
四、露天矿边坡虚度和实度变化率的测试方法；
A、测定边坡在特定作用强度条件下的虚度和实度变化规律，B、测定边坡在不同作用强
度条件下的虚度和实度变化规律，C、对不同性质的边坡地层性质及其变化率进行测试研
究；
五、露天矿爆破与滑坡之间关系的作用学研究方法包括，
A、爆破与滑坡之间的一般关系规律，及露天矿爆破与露天矿滑坡之间的关系方程，即
(1)作用于滑体上的爆破作用量A2与露天矿滑坡之间的关系方程为
l = ∫ 0 t E ( A 1 + A 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌益，王晓静，王耀慧，
申请(专利权)人：王昌益，
类型：发明
国别省市：山东;37