白 羽，郜秋平

（1.內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團）有限責任公司 元寶山露天煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024070；2.內(nèi)蒙古平莊能源西露天煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024070；）

元寶山露天煤礦內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定性分析及參數(shù)優(yōu)化

白 羽1，郜秋平2

（1.內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團）有限責任公司 元寶山露天煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024070；2.內(nèi)蒙古平莊能源西露天煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024070；）

主要研究了元寶山露天煤礦內(nèi)排土場的工程地質特征,分析了內(nèi)排土場滑坡的破壞模式，確定了滿足河流通過的內(nèi)排土場穩(wěn)定系數(shù)，利用剛體極限平衡法對不同排棄平盤寬度的內(nèi)排土場穩(wěn)定性進行分析，確定了最優(yōu)排棄平盤寬度為55 m。

露天煤礦；內(nèi)排土場；邊坡穩(wěn)定性；參數(shù)優(yōu)化

Abstract:The article studies the engineering geological characteristics of inner dump in Yuanbaoshan Open-pit Coal Mine, analyzes the failure mode of dump landslide,and determines the stability coefficient of the inner dump satisfying the river pass. The author analyzes the stability of inner dump with rigid body limit equilibrium method under the different width of the berm,and determines the optimal abandoned berm width with 55 m.

Key words:open-pit coalmine;inner dump;slope stability;parameter optimization

0 引言

邊坡穩(wěn)定是涉及露天礦安全、經(jīng)濟及技術3方面的重大問題。隨著產(chǎn)量規(guī)模的不斷增加，露天礦邊坡穩(wěn)定性問題更為突出。如何針對某一露天礦特有的工程地質特征，對邊坡穩(wěn)定性進行科學的評價，提出合理的滑坡防治措施，確保露天礦實現(xiàn)高效和安全生產(chǎn)，是采礦工程技術人員著力解決的關鍵問題[1-5]。

元寶山露天礦位于內(nèi)蒙古赤峰市元寶山區(qū)，英金河在礦區(qū)中部通過，把露天礦采區(qū)分成東北、西南兩部分。隨著露天礦不斷向北部推進，采場工作幫逐步向英金河逼近，為了保證元寶山露天礦的正常生產(chǎn)接續(xù)，2013年10月實施英金河臨時改河工程，將河道向北改移了1 000 m。根據(jù)目前該礦生產(chǎn)能力計算，一次改河后釋放的可采儲量僅能夠滿足該礦生產(chǎn)至2020年末，因此英金河改河工程已經(jīng)迫在眉睫。為了提高礦山經(jīng)濟效益，減少改河次數(shù)及征地面積，最大限度地降低露天礦生產(chǎn)對周邊農(nóng)村的影響，計劃將英金河改河河道位置中間段設置在內(nèi)排土場上，這樣對就內(nèi)排土場穩(wěn)定性將有更高的要求。內(nèi)排土場穩(wěn)定與否不僅直接影響礦山生產(chǎn)，一旦邊坡失穩(wěn)河道遭到破壞使河水流入礦坑，將對元寶山露天煤礦日常生產(chǎn)造成巨大的破壞和影響。

內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定性不但與地下水、地質構造、排棄物料力學性質等有關，而且與排棄參數(shù)有著密切的關系。在相同條件下，排棄臺階平盤寬度越大，邊坡角越小，穩(wěn)定性越好。根據(jù)該礦目前降深速度，2017年可以實現(xiàn)大規(guī)模內(nèi)排，受現(xiàn)有河道位置的限制，采場無法在英金河改河完成前，越過河道向北發(fā)展，故可以進入內(nèi)排土場排棄的物料是有限的。因此對內(nèi)排土場穩(wěn)定性進行分析，并得出最優(yōu)的內(nèi)排參數(shù)的是十分有必要的。元寶山露天礦平面圖如圖1所示。

圖1 元寶山露天礦平面圖

1 內(nèi)排土場邊坡工程地質特征

采區(qū)剝離物主要由第四系、第三系和侏羅系為主，第四系地層以圓形礫石、砂礫、泥質礫石為主，泥質礫石為黃褐色，局部呈半膠結狀。礫石的直徑為2～100 mm，大部分為15～60 mm，次圓狀，顆分資料礫級含量64.3～64.5%。第三系主要由細砂巖、粉砂巖、泥礫巖組成。侏羅系主要由砂巖、砂礫巖、粉砂巖及煤層組成。內(nèi)排土場由南向北發(fā)展，內(nèi)排土場與采場南幫相互接觸。采場南幫坡體內(nèi)存在多個順傾弱層，排土場排棄物沿煤層底板排棄,煤層的底板主要泥巖及碳質泥巖為主，順傾弱層的傾角為0°～8°，碳質泥巖及泥巖厚度不均勻，是構成采場南幫及內(nèi)排土場發(fā)生順層滑坡的潛在基礎條件，對其穩(wěn)定性極為不利。煤層底板碳質泥巖及泥巖和采場南幫順傾弱層巖性和賦存特征是誘發(fā)內(nèi)排土場失穩(wěn)的內(nèi)在因素，內(nèi)排土場排棄物的載荷是誘發(fā)內(nèi)排土場失穩(wěn)的外在因素。

2 內(nèi)排土場穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡模式的確定

內(nèi)排土場邊坡的變形破壞模式主要有崩落、傾倒、滑動、剝落等，其中滑動是最常見和最主要的邊坡變形破壞模式，主要包括圓弧滑動、楔體滑動、平面滑動及不規(guī)則曲面滑動等[6-7]。每種滑動破壞模式都由不同的因素所控制，因此在對內(nèi)排土場進行邊坡穩(wěn)定性分析時，首先要預判潛在的滑坡破壞模式，然后再采用相對應的分析方法和治理措施。從巖體結構控制論的角度來說，邊坡破壞模式主要取決于巖體裂隙和節(jié)理的發(fā)育情況。邊坡是否發(fā)生滑坡主要取決于抗滑力和下滑力之間的相對關系，對于現(xiàn)有該礦內(nèi)排土場邊坡地質條件來說，邊坡滑移主要是受弱層和斷層所控制的。因此，元寶山露天煤礦內(nèi)排土場邊坡存在的潛在滑坡模式為切層-順層滑坡模式，即以圓弧為側界面，以坡體揭露出弱層為底界面的切層-順層滑動。

2.2 排棄物的物理力學性質的選取

元寶山露天煤礦內(nèi)排土場排土方式主要為混排方式，所排棄的物料主要來自采區(qū)的剝離物，其巖性以砂礫、細砂巖、砂巖、泥巖為主。通過對以往的地質勘探結果進行詳細分析和散體物理力學性質試驗，獲得綜合參數(shù)取值見表1。

表1 巖土物料力學性質指標

2.3 安全儲備系數(shù)的確定

依據(jù)GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范中對排土場安全系數(shù)的規(guī)定，評價標準為：服務年限20 a以上的外排土場Fs宜采用1.2～1.5；服務年限小于10 a的內(nèi)排土場宜選用1.2，大于10 a宜選用1.3[8-9]。由于新英金河河道位置位于內(nèi)排土場上，對露天礦的正常開采有較大的影響，但露天礦內(nèi)排土場的形成是一個動態(tài)過程，可以通過控制內(nèi)排土場的邊坡形態(tài)控制邊坡的穩(wěn)定性，而且在發(fā)展過程中可采用監(jiān)測以及基底處理等方式對其穩(wěn)定性進行控制，確定內(nèi)排土場邊坡的安全儲備系數(shù)選用1.3。

2.4 穩(wěn)定性分析及參數(shù)優(yōu)化

考慮到目前采場非工作幫的臺階高度為12 m，為了方便排棄作業(yè)，內(nèi)排土場排棄高度為24 m，以7煤底板作為內(nèi)排基底，利用剛體極限平衡法，對選取的24線、26線2個剖面排棄臺階平盤寬度分別為45、50、55、60 m時進行邊坡穩(wěn)定性計算，并得到最優(yōu)的排棄平盤寬度，不同臺階寬度邊坡穩(wěn)定性計算結果及臺階平盤寬度優(yōu)化結果如圖2—圖5，內(nèi)排土場形態(tài)優(yōu)化見表2。

通過上述圖表分析可知，24線和26線平盤寬度分別為51 m和47 m時，滿足邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.3，即最優(yōu)排棄平盤寬度，為了方便現(xiàn)場生產(chǎn)管理，最終采用排棄臺階平盤寬度為55 m。

圖2 24線不同臺階寬度邊坡穩(wěn)定性計算結果

圖3 26線不同臺階寬度邊坡穩(wěn)定性計算結果

圖4 24線臺階平盤寬度優(yōu)化結果

圖5 26線臺階平盤寬度優(yōu)化結果

表2 不同剖面內(nèi)排土場形態(tài)優(yōu)化

3 結 語

1）元寶山露天煤礦內(nèi)排土場潛在滑坡模式是以弱層為底界面的切層-順層滑坡模式，邊坡穩(wěn)定性的控制性因素是煤層底板弱層。

2）利用剛體極限平衡法分別24線、26線2個剖面不同排棄平盤寬度下的穩(wěn)定性系數(shù)進行計算，通過分析確定最優(yōu)的排棄臺階平盤寬度為55 m。

3）為了滿足二次改河要求，內(nèi)排土場排棄平盤寬度采用55 m，可以保證邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.31。

4）本次分析未考慮水的影響，下一步重點分析水對該礦內(nèi)排土場穩(wěn)定性的影響，同時在現(xiàn)場作業(yè)時，也應該采取相應的防排水措施，防止河道中的水滲透入內(nèi)排土場中。

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【責任編輯：陳 毓】

Slope stability analysis and parameter optim ization of inner dum p in Yuanbaoshan Open-pit Coal M ine

BAIYu1,GAO Qiuping2
(1.Yuanbaoshan Open-pit Coal Mine,Inner Mongolia Pingzhuang Coal(Group)Co.,Ltd.,Chifeng 024070,China；2.Pingzhuang Energy West Open-pit Coal Mine,Chifeng 024070,China)

TD824.7

B

1671-9816（2017）10-0004-04

2017-04-11

白 羽（1988—），男，采礦工程師，碩士，2013年畢業(yè)于遼寧工程技術大學采礦系露天開采專業(yè)，現(xiàn)在元寶山露天煤總工辦從事采礦設計。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.002

白羽，郜秋平.元寶山露天煤礦內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定性分析及參數(shù)優(yōu)化［J］.露天采礦技術，2017，32（10）：4-6.