新疆某露天煤矿排土场边坡稳定性分析_李双.pdf

新疆某露天煤矿排土场边坡稳定性分析李双（中联润世新疆煤业有限公司，新疆 昌吉）摘 要：本文以新疆某露天煤矿外排土场为研究对象，利用地质工程的分析手段，对其边坡的稳定性进行了定性和定量计算。采用简化毕肖普法数值计算、岩土体静力学等方法对该排土场滑坡形成机制以及影响因素初步评价。本文介绍了边坡稳定性计算方法，结合典型地勘资料详细介绍滑坡预防措施，最后提出部分建议提高该类排土场边坡的稳定能力、防止灾害发生，为矿企的生产安全提供基础保证。关键词：露天矿；排土场；边坡稳定性；排土容量中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）露天矿位于西黑山矿区南东部，红沙泉向斜轴方向转变部位的北西翼，总体呈一向南东缓倾的单斜构造，产状平缓，倾角一般多在 ，南中部（、之间），即接近红沙泉向斜轴方向转变部位，局部较陡，地段倾角可达 左右，未发现断层。露天矿初始拉沟位置位于井田的西北部煤层埋藏较浅处，工作帮南北向布置，向东推进。剥离采用“单斗卡车”间断式开采工艺；采煤采用“单斗卡车半移动式破碎站带式输送机”半连续开采工艺。现有内、外排土场各 个，内外排土场已连成一体，现内排土场已增高至。首采区采场东西长，南北宽，最大深度，排土最小跟踪距离。排土场基底及剥离物料分析排土场基底为第四系地层，地表相对平坦。其下与侏罗系西山窑组呈不整合接触，岩性为各类砂岩，加之该区雨量少、气候干燥，外排土场的基底比较稳定。剥离物料包括土层、岩石层等煤层覆盖层，主要有第四系地层的砂土、砾石，占比不足。主要物料为中侏罗统西山窑组的岩层，性质为各种砂、泥、炭质的砂岩。煤层覆盖层经露天剥离后混合成均匀的松散体。计算指标选取天然状态下排弃物黏聚力 ，内摩擦角，物料容重 。外排土场基底为第四系砂土层，天然状态下黏聚力，内摩擦角为，物料容重 。采掘场边坡稳定计算方法 滑坡模式矿田位于西黑山矿区，红沙泉向斜轴方向转变部位的北西翼，总体呈一向南东缓倾的单斜构造。产状平缓，倾角一般在，局部可达 左右，但很快变缓。受向斜构造的影响煤层露头出露于矿区西北部。分析后可知，较大可能形成“张裂缝圆弧”型滑坡，基本不会形成沿层理面的“圆弧直线层面”型滑坡。计算方法该矿的表层和地下含水率低，富水能力差，地层内潜水引起的水力推力和水力浮托力不在考虑范围。采用简化毕肖普法作为主要计算方法，并利用 法对其计算结果进行验证。如图 所示的数学模型，最为常用和有效的方法简化毕肖普法是计算单一圆弧型破坏的主要工具。图 圆弧型破坏示意图简化毕肖普（）法公式：（）（）式（）中：（）；。必须满足条件：DOI:10.13487/ki.imce.022876 （）（）（）上述式中：稳定系数；瞬时黏结力；岩石容重；条块高度；水容重；水位高；瞬时内摩擦角；条块宽度；条块底面倾角；张裂隙水的水平作用力；有效正压力。最危险滑落面计算方法计算稳定系数最小值是获得最危险滑落面的主要结果，通过连续改变张裂缝位置、变换圆心（圆弧半径），得到一系列的滑落面和不同高度的边坡的安全稳定系数，通过总结规律找出最小值，确定滑移面剖面的稳定系数（边坡高度、边坡角）。采掘场边坡岩石力学参数的选取 岩块物理力学指标选取本矿不同岩层物理力学指标，现岩层物理力学指标见表。表 边坡稳定计算力学指标选取表岩性密度（）弹性模量（）泊松比内聚力（）内摩擦角（）单轴抗压强度（）单轴抗拉强度（）红褐色泥岩 灰色泥岩灰黄色粉砂岩灰色粉砂岩含砾粗砂岩 煤 灰色泥岩弱层 排弃物料 岩体抗剪强度指标确定边坡岩体的抗剪强度、边坡稳定系数与土质有一定程度的对应关系，减弱系数是表示边坡岩体小于岩块的抗剪强度。岩体中的结构面抗剪强度比非结构面小，结构面的破坏却比非结构面上。地质结构是由岩石的结构、物理力学性质和化学成分等因素组成，煤矿的沉积岩层与火成岩的金属矿床有很大的区别，分为断层、一般层理、节理、裂缝等。抗剪强度中有两项主要指标 凝聚力和内摩擦角。凝聚力指当抗剪能力与稳定程度的乘积数值时，稳定性良好，超过临界值越严重，越容易导致崩塌、滑坡地质灾害发生概率增加；数值 时，会出现地面沉降和地表裂缝等问题，“凝聚力”指标受外界因素影响极大，以减弱系数表示。内摩擦角又影响土体在破坏过程中产生的应力集中程度。岩层、煤层凝聚力减弱系数取值如下：对于长期暴露、以上的边坡岩体，减弱系数取值为。对于未经过冬夏两季气候的新工作帮台阶，范围内的上层黄土风化岩层减弱系数取值为，深部的非风化带减弱系数为。针对黄土不考虑岩体凝聚力减弱系数。边坡安全储备系数的确定安全储备系数或者说稳定系数是边坡稳定分析计算的一个定量参数，边坡的安全储备系数是一个动态变化的过程，在不同情况下会发生改变。边坡体中存在大量不连续的点，并且具有一定规模后就认为有足够数量和能力应对各种危险状况。边坡体中有较大面积、具备比较大的支层面积时，则可确定为安全储备系数，它直接关系到设计边坡的经济性与安全性。煤炭工业露天矿设计规范 条明确规定了边坡稳定性安全系数 的选用范围（表）。表 边坡安全系数 选用表边坡类型服务年限（）安全系数 有重要建筑、生命财产损失受到边坡滑落影响采掘场靠近最终边坡非工作帮边坡续表边坡类型服务年限（）安全系数 工作帮边坡临时外排土场边坡内排土场边坡 针对不同边坡选取稳定性安全储备系数，本矿边坡端帮边坡安全储备系数 取，外排土场边坡安全储备系数 取。采掘场边坡稳定分析计算 稳定系数计算边坡稳定分析是通过对岩土体的结构、物理力学性质以及水文地质条件等因素进行稳定性计算，得出边坡整体滑动面，根据设计结果和数值模拟所得数据求出安全系数。在实际工程中要结合具体情况选择最适合的方法。对不同类型矿区来说，其稳定机理不同。因此，要针对排土场周边环境特点选取合适的参数，同时还应考虑排土过程对周围环境影响程度及范围大小等因素。设计选取一条剖面进行稳定计算。经计算，非工作帮边坡在 时，边坡稳定系数为；端帮边坡在时，边坡稳定系数为。边坡稳定系数均满足设计规范的要求。边坡稳定性评价影响排土场边坡学性质的因素有很多种，比如砂土、岩石类型及所处位置，环境条件等其他物理特性等。一些外在参数（水文、地形地貌和地质构造特征）也会直接或间接受到自身材料属性及周围环境条件的影响而产生变化，从而导致安全隐患。通过上文分析与计算，新疆某露天矿外排土场潜在滑坡模式为圆弧型滑坡，优化后边坡稳定系数均大于，满足安全储备系数要求，边坡稳定。结论方案通过分析论证各帮边坡赋存条件及存在时间等因素，参考稳定性评价结论，设计确定露天矿外排土场边坡角为。提高排土场稳定性的措施坚硬物料最好排在排土场的下部，有利于边坡的稳定。各种剥离混排，避免人为形成弱层，影响排土段或整个排土场稳定。对排土场周围要求边坡稳定性高的地区，必须排弃强度较高的物料。完善排土场周边防排水系统，防止地表水侵入排土场基底。加强排土场基底管理。在排土场基底应尽量放置坚固不易泥化的物料，留有一定的空隙便于雨水排出。通过提高不稳定区域的物料强度，结合排水措施，提升较差地区的局部稳定性。加大边坡稳定性监测频度，定期监测边坡的位移变形情况，一旦发现变形异常的部位，必须采取治理措施。采用边坡全自动应力、应变监测系统监测外排土场边坡的稳定状况。制订合理有效、科学的防治措施。根据矿区排土场边坡稳定性采用不同时间段内动态分析计算方法。编制较完善的滑坡应急抢救预案。?I1加强排土场边坡稳定分析与评价并加强边坡动态监测，保证排土场稳定性。加强地质勘查，进一步分析排弃物料，为日后工作打下基础。参考文献：吕承贤，朱有彬，蒋训桥五彩湾矿区一号露天煤矿外排土场稳定性研究露天采矿技术，（）：陈毓，周西华黑山露天矿内排土场边坡稳定分析及治理措施煤矿安全，（）：林思田简布条分法和毕肖普法的改进及在实际中的应用湖北工业大学，杨福卿，田涯，张传伟，等露天煤矿内排土场台阶高度优化与稳定性研究煤矿安全，（）：薛海斌，党发宁，尹小涛，等基于强度储备的边坡非等比例双安全系数研究岩土力学，（）：，煤炭工业露天矿设计规范作者简介：李双（），男，吉林松原人，研究生，高级工程师，研究方向：露天开采、采煤工艺。