崔鐵軍，李莎莎

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

0 引言

礦業(yè)生產(chǎn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱之一，煤礦生產(chǎn)更是重中之重。煤礦生產(chǎn)主要分為露天和井工兩種方式，相較于井工方式，露天開(kāi)采具有明顯優(yōu)勢(shì)，包括開(kāi)采受限制少、大型機(jī)械多、資源回收率高、生產(chǎn)效率好、成本低、生產(chǎn)條件好、建設(shè)速度快等；同時(shí)缺點(diǎn)是占用土地多，對(duì)地表和環(huán)境破壞嚴(yán)重，受氣候影響直接等。具體來(lái)說(shuō)，露天開(kāi)采是開(kāi)放式的開(kāi)采方式，形成人造礦坑和邊坡。這些礦坑和邊坡的原始地質(zhì)環(huán)境可能較為復(fù)雜且有水系發(fā)育；特別是隨著露天礦深度的增加，邊坡坡度和范圍也將逐漸增加，由于設(shè)計(jì)和已知地質(zhì)條件的缺失極易造成失穩(wěn)塌方，受雨水作用形成泥石流，或是礦坑周?chē)斐纱蠓秶料莺偷乇砹芽p。無(wú)論是哪種災(zāi)害都將影響露天礦的安全生產(chǎn)，同時(shí)影響周邊建筑及人們的生產(chǎn)生活。特別是在閉坑后，由于缺少生產(chǎn)帶來(lái)的資金支持，對(duì)露天礦的維護(hù)措施將進(jìn)一步弱化，這將促使更大范圍的礦坑變形和周?chē)刭|(zhì)條件的改變，直到水文和地質(zhì)條件重新平衡。進(jìn)一步而言，各種自然災(zāi)害和水文地質(zhì)條件對(duì)露天礦礦坑和邊坡的破壞將加強(qiáng)，例如水系作用、礦震、煤層自燃等都將改變巖體狀態(tài)，而巖體重新平衡的過(guò)程就是礦坑和邊坡的破壞過(guò)程，況且這些災(zāi)害過(guò)程可能同時(shí)出現(xiàn)，具有耦合作用，會(huì)加快破壞過(guò)程，加強(qiáng)破壞程度。多災(zāi)害耦合作用將對(duì)資源型城市和距露天礦較近的城鎮(zhèn)造成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害隱患，因此巖體狀態(tài)變化與多災(zāi)害耦合作用關(guān)系是亟待解決的重要科學(xué)和工程問(wèn)題。

對(duì)礦業(yè)領(lǐng)域多災(zāi)害耦合研究的文獻(xiàn)較少。明確提出露天礦邊坡工程中各類(lèi)災(zāi)害演化過(guò)程耦合研究的是王來(lái)貴教授，他在2014 年發(fā)表的露天礦邊坡工程系統(tǒng)演化過(guò)程一文中詳細(xì)介紹了災(zāi)害演化耦合關(guān)系[1]。包括多災(zāi)害耦合疊加模型的區(qū)域地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[2]，深部采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控[3]，瓦斯突出多物理場(chǎng)參數(shù)演化[4]，多因素耦合模型的滑坡預(yù)警[5]，多因素作用的極震區(qū)泥石流過(guò)程分析[6]，多災(zāi)害耦合礦井強(qiáng)沖擊災(zāi)后恢復(fù)治理[7]，多場(chǎng)耦合作用下瓦斯與煤自燃協(xié)同預(yù)防[8]，動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)精準(zhǔn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警[9]，煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害多參數(shù)耦合預(yù)警[10]，多災(zāi)害耦合的貼近突出煤層安全開(kāi)采[11]，煤礦動(dòng)力災(zāi)害多參數(shù)耦合測(cè)定[12]，多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害模擬研究[13]等。這些研究多集中于多因素對(duì)災(zāi)害的影響，而少有多災(zāi)害之間耦合作用對(duì)巖體應(yīng)力應(yīng)變的影響研究。而實(shí)際情況下露天礦經(jīng)常出現(xiàn)多災(zāi)害連發(fā)、相互促進(jìn)、發(fā)生發(fā)展的綜合災(zāi)害演化過(guò)程。這種災(zāi)害演化過(guò)程與各災(zāi)害之間的關(guān)系、出現(xiàn)時(shí)機(jī)、發(fā)生程度等有著顯著的相關(guān)性，因而需要確定不同條件下可能出現(xiàn)的災(zāi)害及其耦合情況，但目前缺乏相關(guān)研究。

對(duì)于上述問(wèn)題，筆者在數(shù)學(xué)方法上提出了空間故障網(wǎng)絡(luò)理論[14]，可描述自然災(zāi)害演化過(guò)程，確定災(zāi)害過(guò)程經(jīng)歷的事件、影響因素、邏輯關(guān)系和演化條件等。但實(shí)際中該方法需要大量數(shù)據(jù)，難以對(duì)礦區(qū)具體位置進(jìn)行災(zāi)害演化過(guò)程分析。結(jié)合筆者已有的礦山災(zāi)害模擬研究[15-18]，論文提出了使用模擬方法研究露天礦邊坡巖體狀態(tài)變化與多災(zāi)害耦合作用關(guān)系來(lái)替代露天礦邊坡自然災(zāi)害演化過(guò)程的研究。設(shè)置了該露天礦在未來(lái)50 年內(nèi)可能出現(xiàn)的災(zāi)害及其耦合情況，通過(guò)模擬得到滲水、礦震和煤層自燃與巖體塑性、位移和應(yīng)力之間的關(guān)系，為露天礦災(zāi)害預(yù)測(cè)防治提供了依據(jù)。

1 露天礦水文地質(zhì)條件與模型建立

某露天礦東西長(zhǎng)為6600 m，南北寬為2200 m，總面積達(dá)13.2 km2。其位于城市邊緣，與市區(qū)非常接近，隨著城市發(fā)展和露天礦開(kāi)采活動(dòng)的進(jìn)行，該礦北幫邊坡的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)變化對(duì)臨近城市造成了嚴(yán)重影響。最顯著的是地表出現(xiàn)的不均勻沉降，長(zhǎng)達(dá)百米的地表裂縫及周?chē)ㄖa(chǎn)生的裂隙。加之礦坑北幫以北1200～1600 m有較大河流經(jīng)過(guò)，且礦坑位置原為兩條支流的河道，使得礦區(qū)周邊水系發(fā)育較好，據(jù)測(cè)算在不進(jìn)行排水情況下礦坑將在50 年左右完全注水形成湖泊。研究涉及的礦坑邊坡和河流等的位置如圖1所示。

圖1 露天礦、市區(qū)及河流地形圖Fig.1 Topographic map of open pit mine，urban area and river

表1 模型內(nèi)各組土層名稱(chēng)

研究模擬范圍為北幫E200 到E800 范圍，如圖1 中虛線(xiàn)內(nèi)區(qū)域。模型南北長(zhǎng)1100 m，東西寬600 m，底部海拔-600 m，最高處海拔70 m。該模型北側(cè)邊界距河流平均1300 m。模型中包括花崗片麻巖、玄武巖、白堊系砂巖、綠色泥巖、油母頁(yè)巖、煤巖等，同時(shí)存在多條斷層。根據(jù)不同巖層的位置和物理力學(xué)參數(shù)設(shè)置模型及斷層接觸面，模型層理結(jié)構(gòu)、主要研究區(qū)域和地震作用位置如圖2 所示，編號(hào)與巖層對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，各巖層參數(shù)如表2所示。

圖2 左圖表示模型中不同區(qū)域巖層的巖體種類(lèi)。中圖表示模擬過(guò)程中巖體狀態(tài)變化的主要區(qū)域，區(qū)域1 是大高差邊坡，主要由綠色泥巖構(gòu)成；區(qū)域2 是小高差邊坡，主要由玄武巖、煤巖和油母頁(yè)巖構(gòu)成。右圖表示礦震荷載施加位置，即模型的下底面和北側(cè)邊界，以及發(fā)生自燃的煤層位置和接觸面。

巖體模型采用FLAC3D 的摩爾庫(kù)倫本構(gòu)模型建立，網(wǎng)格為四面體網(wǎng)格，邊長(zhǎng)為10～30 m。為了模擬斷層設(shè)置兩處接觸面，分別為ZG_008與ZG_007 的接觸面1，ZG_007 與ZG_006 的接觸面2，接觸面參數(shù)如表3所示。

表1至表3參數(shù)是經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量獲得的，有一些參數(shù)通過(guò)差值法得到。

圖2 模擬區(qū)域構(gòu)造圖Fig.2 Simulated regional structure

表2 各組土體參數(shù)表

表3 接觸面參數(shù)

2 多災(zāi)害耦合作用設(shè)置

考慮到在自然狀態(tài)下礦坑預(yù)計(jì)將在50 年左右被周?chē)底M(mǎn)，同時(shí)考慮到坑底距地表約為400m，將坑內(nèi)水位高度變化50m 作為一個(gè)模擬階段，那么全過(guò)程模擬分為9 個(gè)階段進(jìn)行，分別是-380m（第一次）、-380～-330（第二次）、-330～-280（第三次）、-280～-230（第四次）、-230～-180（第五次）、-180～-130（第六次）、-130～-80（第七次）、-80～-30（第八次）、-30～20（第九次）。模擬過(guò)程的9 個(gè)階段如圖3 所示。另外根據(jù)不同高度的水的滲入速度，可判斷9 個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，但在這里不是重點(diǎn)不做贅述。

圖3 潛水層設(shè)置與水位變化過(guò)程圖Fig.3 Water plan setting and water level change process

考慮到礦區(qū)較為常見(jiàn)的災(zāi)害形式，設(shè)置在滲水過(guò)程中伴隨著礦震和煤層自燃現(xiàn)象。模擬主體順序?yàn)樽匀肌B水和礦震，自燃和礦震的發(fā)生在滲水期間是隨機(jī)發(fā)生的。

煤層自燃現(xiàn)象是煤礦開(kāi)采中經(jīng)常發(fā)生且不可避免的自然災(zāi)害，因此首先考慮煤層自燃對(duì)邊坡的影響。自燃的模擬考慮到實(shí)際煤燃燒過(guò)程中的物理化學(xué)性質(zhì)變化，突出表現(xiàn)在體系縮小、強(qiáng)度減小及密度減小幾方面，因此對(duì)煤層中煤的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。另考慮煤自燃主要發(fā)生在煤層露頭部分及一定深度內(nèi)，結(jié)合已有研究成果[17-18]，設(shè)置煤自燃范圍是從露頭延伸入煤層260 m 左右，最深處距地表約178 m，如圖2中右圖煤層所示。上述9 個(gè)階段內(nèi)均發(fā)生一次自燃模擬，參考表2 對(duì)煤層參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)折減，折減系數(shù)為0.94。但考慮到煤層實(shí)際位置，在被水覆蓋后煤層自燃較為困難，因此在第6 次模擬后不再設(shè)置煤層自燃。

水的滲透作用對(duì)邊坡的影響模擬使用潛水面（water plan）實(shí)現(xiàn)。water plan 之下代表巖體被水淹沒(méi)，認(rèn)為巖體被水完全浸泡是飽和狀態(tài)巖土體。對(duì)應(yīng)于水位變化的9個(gè)階段，設(shè)置9個(gè)water plan 來(lái)模擬9 次水位上升過(guò)程對(duì)巖體的影響。由于本構(gòu)的內(nèi)部機(jī)制，water plan 之下的巖體以飽和形式模擬，那么關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)置適合的water plan。參考該露天礦與北側(cè)最大水系距離，模擬區(qū)域與該河流的平均距離為1300 m，因此設(shè)置9 個(gè)water plan 的焦點(diǎn)在模型北側(cè)水平距離1300 m 處。另外模型南側(cè)邊緣到河流水平距離約2400 m，按照實(shí)際測(cè)量存在3/1000 的水力梯度，因此模擬河流位置應(yīng)比實(shí)際位置下降7.2 m，同時(shí)考慮到該河流流域海拔約為39～70 m，及河流下部的滲透情況，模擬位置再下降10 m，最終各water plan 的焦點(diǎn)海拔設(shè)為20 m。因此water plan的焦點(diǎn)假設(shè)位置在海拔20 m且距模型南側(cè)2400 m，如圖3所示。

在露天礦礦坑注水后極易發(fā)生礦震和小型地震。在每個(gè)模擬階段內(nèi)都設(shè)置3 次礦震，每次礦震約為三級(jí)，對(duì)應(yīng)的最大運(yùn)動(dòng)速率約為0.075 m/s。施加的地震荷載為正弦曲線(xiàn)波，且為相同縱波和橫波的混合形式，震動(dòng)周期為0.7 s，最大速率為0.075 m/s，速率隨時(shí)間的變化而變化。地震正弦波施加的位置為模型最北側(cè)邊界平面和模型底部邊界平面，如圖2 右圖中設(shè)置的正弦地震波位置。

綜上所述，模擬礦坑及邊坡在50 年自然狀態(tài)下，研究區(qū)域模擬過(guò)程可總結(jié)為：根據(jù)水位變化分為9個(gè)階段進(jìn)行模擬，前6階段模擬過(guò)程為自燃、地震和滲水的耦合結(jié)果，后3 階段為礦震和滲水的耦合結(jié)果。在水充滿(mǎn)當(dāng)前高度的模擬過(guò)程中，隨機(jī)設(shè)置發(fā)生自燃和地震，自燃發(fā)生1次，礦震發(fā)生3次。隨機(jī)發(fā)生通過(guò)間隔計(jì)算步實(shí)現(xiàn)，雖然隨機(jī)災(zāi)害影響的礦坑和邊坡?tīng)顟B(tài)變化結(jié)果不同，但總體狀態(tài)變化的趨勢(shì)相同，可以為類(lèi)似災(zāi)害過(guò)程耦合提供分析對(duì)照。

3 模擬結(jié)果與分析

上述多災(zāi)害耦合作用模擬過(guò)程共分9 個(gè)階段，每階段中的自燃和礦震存在隨機(jī)順序，但總體上先執(zhí)行自燃，然后水位變化，最后模擬礦震，因此前6階段有3次模擬平衡，分別為自燃、滲水和礦震，后3階段只有2次平衡。由于研究需要和篇幅所限，僅研究了9 階段的最終平衡狀態(tài)，即礦震結(jié)束后的平衡狀態(tài)。獲得巖體狀態(tài)變化最具特征的量，包括塑性區(qū)變化、位移變化和主應(yīng)力變化。

多災(zāi)害耦合作用下模擬區(qū)域礦坑及邊坡的9階段塑性區(qū)變化過(guò)程如圖4所示。

圖4 塑性區(qū)變化圖Fig.4 Change of plastic zone

在模擬過(guò)程中塑性區(qū)表示了巖體變形和受力等超過(guò)彈性變形極限，巖體進(jìn)入塑性的狀態(tài)，在應(yīng)力消失后變形依然有殘余。對(duì)巖體而言塑性區(qū)則代表了受拉和受剪破壞的區(qū)域，而巖體的抗拉和抗剪強(qiáng)度較低，因而塑性區(qū)代表了巖體在模擬過(guò)程中可能受破壞的區(qū)域。從圖4 的塑性區(qū)變化過(guò)程可知巖體狀態(tài)變化的特征。邊坡頂部存在兩條明顯的紅色區(qū)域，是受拉破壞形成的塑性區(qū)。這兩個(gè)位置對(duì)應(yīng)了兩條斷層（對(duì)比圖2 右圖），因而在巖體運(yùn)移過(guò)程中都是較薄弱的環(huán)節(jié)，只要下部巖體狀態(tài)發(fā)生變化這兩處斷層就會(huì)出現(xiàn)較大位移形成塑性區(qū)，這是9階段模擬結(jié)果的共同特點(diǎn)。

討論模擬過(guò)程中塑性區(qū)的特征變化，根據(jù)圖2 中的區(qū)域1（大高差邊坡）和區(qū)域2（小高差邊坡）分別討論，兩個(gè)區(qū)域中間的坑底未受到破壞，處于原始狀態(tài)。對(duì)區(qū)域1，主要存在于邊坡自由面，也是決定邊坡安全系數(shù)的重要區(qū)域。從圖4中的9次模擬可知該部分巖體一直表現(xiàn)為受剪和受拉剪破壞狀態(tài)。受拉剪破壞形成的塑性區(qū)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)拉剪塑性區(qū)）主要集中在邊坡上部，而下部是受剪產(chǎn)生的塑性區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)剪塑性區(qū)）。形式上9 次模擬中剪塑性區(qū)和拉剪塑性區(qū)的總區(qū)域變化不大，且拉剪塑性區(qū)在剪塑性區(qū)之上。隨著模擬次數(shù)增加，即滲水水位上升，拉剪塑性區(qū)逐漸增加，剪塑區(qū)逐漸減小，但剪塑性區(qū)始終在拉剪塑性區(qū)下方。解釋這一現(xiàn)象，受剪區(qū)域代表了不穩(wěn)定的滑坡，而從基巖上產(chǎn)生的滑坡必然使之上巖體與基巖之間產(chǎn)生剪切變形，形成剪塑性區(qū)。而拉剪塑性區(qū)更接近于自由面，這部分巖體自由度更大約束更小，在模擬過(guò)程中拉剪塑性逐漸增加。提供這部分生成條件的主要是礦震震動(dòng)；另一方面由于水位的上升，靜水壓力也提供了形成上述現(xiàn)象的條件。區(qū)域2 主要是由玄武巖、煤巖和油母頁(yè)巖組成，該區(qū)域巖體狀態(tài)較為多樣，包括剪塑性區(qū)、拉剪塑性區(qū)和拉塑性區(qū)。隨著模擬次數(shù)增加，這些塑性區(qū)都在逐漸增加，其特點(diǎn)是剪塑性區(qū)仍然在該區(qū)域的底部，其上是拉剪塑性區(qū)，最上方是拉塑性區(qū)。分析形成原因主要是受到煤層自燃和水位影響，受地震影響較小。因?yàn)檫@部分邊坡高度低、體積小，并未形成如區(qū)域1 的大高差邊坡，對(duì)震動(dòng)正弦波作用的響應(yīng)不大，形成的剪塑性區(qū)不大。煤層自燃導(dǎo)致煤體體積縮小，其物理力學(xué)性質(zhì)弱化，導(dǎo)致上覆巖體沉降；沉降巖體產(chǎn)生明顯位移形成拉剪塑性區(qū)；之上區(qū)域由于拉剪塑性區(qū)的支撐作用并未產(chǎn)生剪塑性區(qū)，而受到側(cè)向巖體的拉力維持穩(wěn)定，因此區(qū)域2 頂部形成了拉塑性區(qū)。另一方面，由于水位升高，第七至九次模擬都未考慮煤的自燃，期間區(qū)域2 巖體狀態(tài)變化不大。

多災(zāi)害耦合作用下模擬區(qū)域礦坑及邊坡的9階段位移變化過(guò)程如圖5所示。

圖5 位移變化圖Fig.5 Change of displacement

位移更為直觀的表示了邊坡變形狀態(tài)特征。如圖5 中9 階段模擬的位移變化可分為3 個(gè)階段，前三次為第一階段，特點(diǎn)是water plan 在巖體之下。這時(shí)水滲入巖體間隙形成飽和狀態(tài)，water plan 之上巖體并未受到水的作用仍處于原始狀態(tài)，下部浸水巖體的骨架系統(tǒng)未變化。區(qū)域1 的變形更為明顯，但變形量較小，對(duì)邊坡的安全性影響較小，不構(gòu)成滑坡破壞條件。隨著水位升高，第四至第七次模擬結(jié)果的位移量較上一階段增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)。大變形區(qū)域集中于被水浸沒(méi)的部分，且主要變形區(qū)域由區(qū)域1 轉(zhuǎn)為區(qū)域2。這是由于區(qū)域2 下部經(jīng)歷了煤層自燃，自燃后煤體受水侵蝕強(qiáng)度進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小，造成上覆巖體沉降，沉降將進(jìn)一步促使周?chē)鷰r體受拉剪作用形成更大范圍的沉降。但由于煤層自燃的深度存在極限并未影響到區(qū)域1，因此隨后的模擬中區(qū)域1并未發(fā)生大變形。由于水位上升，煤層自燃難易進(jìn)行，第八、九次模擬結(jié)果差別不大。經(jīng)過(guò)更細(xì)致的模擬結(jié)果分析，當(dāng)水位較低時(shí)礦震對(duì)邊坡影響較大；而水位較高浸沒(méi)邊坡后礦震對(duì)邊坡的影響較小。

多災(zāi)害耦合作用下模擬區(qū)域礦坑及邊坡的9階段主應(yīng)力變化過(guò)程如圖6所示。

圖6 主應(yīng)力變化圖Fig.6 Change of principal stress

最大主應(yīng)力代表了巖體在某一方向上的最大受力情況，在巖體中最大應(yīng)力位置存儲(chǔ)了較大的彈性勢(shì)能有釋放傾向，可能受拉、壓或剪應(yīng)力。同樣最大主應(yīng)力的變化也可分為三個(gè)階段，分別為第一至第四次模擬，這時(shí)最大主應(yīng)力的數(shù)量級(jí)不變，數(shù)值差別不大。因?yàn)檫@時(shí)最大主應(yīng)力來(lái)源于巖體本身，水位并未完全浸沒(méi)底部巖體，模型整體上壓應(yīng)力占主導(dǎo)地位，拉壓應(yīng)力變化較?。荒Ｐ瓦吰虏煌潭鹊某惺芾瓚?yīng)力，這是由于震動(dòng)造成的受拉狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)水位和煤層自燃都不作用于自由面巖體。第二階段第五至第七次模擬，這時(shí)隨著水位升高，由于水滲透進(jìn)入巖體產(chǎn)生靜水壓力（浮力），因而該階段模型中的壓應(yīng)力變化不大，而拉應(yīng)力出現(xiàn)增加和集中。這同樣是水位變化的作用，而隨著水位升高，礦震對(duì)邊坡影響的程度降低；煤層自燃在該階段也停止，自燃造成了煤層弱化，其上部巖體由于煤層體積流失和強(qiáng)度下降有下沉的趨勢(shì)，導(dǎo)致這部分巖體受周?chē)瓚?yīng)力增加。第三階段第八和九次模擬中，由于水位已到達(dá)高位，礦震對(duì)最大主應(yīng)力的影響變得更??；煤層自燃停止對(duì)主應(yīng)力的影響停止，因而這兩次模擬結(jié)果的變化較小。

4 演化過(guò)程的規(guī)律總結(jié)

在上述設(shè)定情況下，考慮礦坑滲水過(guò)程伴隨礦震和煤層自燃現(xiàn)象，水位由-380 m 升至20 m 過(guò)程中模擬了礦坑及邊坡巖體塑性區(qū)、變形和最大主應(yīng)力的變化情況，可總結(jié)得到如下規(guī)律：

（1）巖體塑性區(qū)域變化特征：兩個(gè)區(qū)域中不同塑性區(qū)域分層存在；大高差邊坡主要受水位和礦震影響，塑性區(qū)變化不大；小高差邊坡受自燃和水位影響，塑性區(qū)變化較大。在滲水、礦震和自燃的影響下塑性區(qū)將形成滑坡體。

（2）巖體位移變化特征：水和煤層自燃主要導(dǎo)致了位移變形的產(chǎn)生；水位低時(shí)礦震作用大，水位高時(shí)作用??；區(qū)域1 的位移主要由水位變化導(dǎo)致；區(qū)域2 的位移主要由煤層自燃和水位變化導(dǎo)致。

（3）巖體主應(yīng)力變化特征：水位較低時(shí)礦震對(duì)主應(yīng)力的影響較大，高水位時(shí)影響較??；煤層自燃在水位低時(shí)影響不大；水位高時(shí)產(chǎn)生較大的受拉主應(yīng)力。

總結(jié)上述規(guī)律，水位變化全程影響了礦坑的塑性區(qū)、位移和主應(yīng)力變化。水的作用抑制了礦震對(duì)巖體的作用。煤層自燃主要影響煤層露頭及其周?chē)膸r體。礦坑滲水直接影響礦坑及邊坡穩(wěn)定性，造成巖體覆存狀態(tài)改變，極易造成邊坡失穩(wěn)滑坡。

5 結(jié)論

論文研究了礦坑在50 年內(nèi)完全滲水過(guò)程中礦坑及邊坡巖體狀態(tài)的變化情況，主要結(jié)論如下：

（1）模擬過(guò)程中巖體塑性區(qū)域變化存在明顯特征。礦坑中巖體的拉剪塑性區(qū)及拉塑性區(qū)等是分層存在的；大高差邊坡塑性區(qū)受水位和礦震影響，但作用不大，小高差邊坡塑性區(qū)受自燃和水位影響變化較大。

（2）模擬過(guò)程中巖體位移變化存在一定特征。水位和煤層自燃對(duì)巖體位移影響最大；高水位對(duì)震動(dòng)產(chǎn)生的巖體位移有抑制作用。

（3）模擬過(guò)程中巖體主應(yīng)力變化特征不明顯。水位較低時(shí)礦震對(duì)主應(yīng)力的影響較大，高時(shí)影響較小；煤層自燃在水位低時(shí)影響不大，高時(shí)影響較大。

因此礦坑在生產(chǎn)或廢棄之后都不建議且應(yīng)避免水的滲入，以避免巖體狀態(tài)改變，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)滑坡，擴(kuò)展至周邊地表造成不均勻沉降和建筑裂縫。