白 羽，郜秋平

（1.內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)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(chǎng)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(tuán)）有限責(zé)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(chǎng)的工程地質(zhì)特征,分析了內(nèi)排土場(chǎng)滑坡的破壞模式，確定了滿(mǎn)足河流通過(guò)的內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定系數(shù)，利用剛體極限平衡法對(duì)不同排棄平盤(pán)寬度的內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確定了最優(yōu)排棄平盤(pán)寬度為55 m。

露天煤礦；內(nèi)排土場(chǎng)；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(jì)及技術(shù)3方面的重大問(wèn)題。隨著產(chǎn)量規(guī)模的不斷增加，露天礦邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題更為突出。如何針對(duì)某一露天礦特有的工程地質(zhì)特征，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，提出合理的滑坡防治措施，確保露天礦實(shí)現(xiàn)高效和安全生產(chǎn)，是采礦工程技術(shù)人員著力解決的關(guān)鍵問(wèn)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(guò)，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(jìn)，采場(chǎng)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(shí)施英金河臨時(shí)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(jì)算，一次改河后釋放的可采儲(chǔ)量?jī)H能夠滿(mǎn)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(jì)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(duì)周邊農(nóng)村的影響，計(jì)劃將英金河改河河道位置中間段設(shè)置在內(nèi)排土場(chǎng)上，這樣對(duì)就內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性將有更高的要求。內(nèi)排土場(chǎng)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(duì)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(chǎng)邊坡穩(wěn)定性不但與地下水、地質(zhì)構(gòu)造、排棄物料力學(xué)性質(zhì)等有關(guān)，而且與排棄參數(shù)有著密切的關(guān)系。在相同條件下，排棄臺(tái)階平盤(pán)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模內(nèi)排，受現(xiàn)有河道位置的限制，采場(chǎng)無(wú)法在英金河改河完成前，越過(guò)河道向北發(fā)展，故可以進(jìn)入內(nèi)排土場(chǎng)排棄的物料是有限的。因此對(duì)內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性進(jìn)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(chǎng)邊坡工程地質(zhì)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(zhì)礫石為主，泥質(zhì)礫石為黃褐色，局部呈半膠結(jié)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(jí)含量64.3～64.5%。第三系主要由細(xì)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(chǎng)由南向北發(fā)展，內(nèi)排土場(chǎng)與采場(chǎng)南幫相互接觸。采場(chǎng)南幫坡體內(nèi)存在多個(gè)順傾弱層，排土場(chǎng)排棄物沿煤層底板排棄,煤層的底板主要泥巖及碳質(zhì)泥巖為主，順傾弱層的傾角為0°～8°，碳質(zhì)泥巖及泥巖厚度不均勻，是構(gòu)成采場(chǎng)南幫及內(nèi)排土場(chǎng)發(fā)生順層滑坡的潛在基礎(chǔ)條件，對(duì)其穩(wěn)定性極為不利。煤層底板碳質(zhì)泥巖及泥巖和采場(chǎng)南幫順傾弱層巖性和賦存特征是誘發(fā)內(nèi)排土場(chǎng)失穩(wěn)的內(nèi)在因素，內(nèi)排土場(chǎng)排棄物的載荷是誘發(fā)內(nèi)排土場(chǎng)失穩(wěn)的外在因素。

2 內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡模式的確定

內(nèi)排土場(chǎng)邊坡的變形破壞模式主要有崩落、傾倒、滑動(dòng)、剝落等，其中滑動(dòng)是最常見(jiàn)和最主要的邊坡變形破壞模式，主要包括圓弧滑動(dòng)、楔體滑動(dòng)、平面滑動(dòng)及不規(guī)則曲面滑動(dòng)等[6-7]。每種滑動(dòng)破壞模式都由不同的因素所控制，因此在對(duì)內(nèi)排土場(chǎng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，首先要預(yù)判潛在的滑坡破壞模式，然后再采用相對(duì)應(yīng)的分析方法和治理措施。從巖體結(jié)構(gòu)控制論的角度來(lái)說(shuō)，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(duì)關(guān)系，對(duì)于現(xiàn)有該礦內(nèi)排土場(chǎng)邊坡地質(zhì)條件來(lái)說(shuō)，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(chǎng)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(cè)界面，以坡體揭露出弱層為底界面的切層-順層滑動(dòng)。

2.2 排棄物的物理力學(xué)性質(zhì)的選取

元寶山露天煤礦內(nèi)排土場(chǎng)排土方式主要為混排方式，所排棄的物料主要來(lái)自采區(qū)的剝離物，其巖性以砂礫、細(xì)砂巖、砂巖、泥巖為主。通過(guò)對(duì)以往的地質(zhì)勘探結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析和散體物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，獲得綜合參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 巖土物料力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2.3 安全儲(chǔ)備系數(shù)的確定

依據(jù)GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)排土場(chǎng)安全系數(shù)的規(guī)定，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：服務(wù)年限20 a以上的外排土場(chǎng)Fs宜采用1.2～1.5；服務(wù)年限小于10 a的內(nèi)排土場(chǎng)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(chǎng)上，對(duì)露天礦的正常開(kāi)采有較大的影響，但露天礦內(nèi)排土場(chǎng)的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，可以通過(guò)控制內(nèi)排土場(chǎng)的邊坡形態(tài)控制邊坡的穩(wěn)定性，而且在發(fā)展過(guò)程中可采用監(jiān)測(cè)以及基底處理等方式對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行控制，確定內(nèi)排土場(chǎng)邊坡的安全儲(chǔ)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(chǎng)非工作幫的臺(tái)階高度為12 m，為了方便排棄作業(yè)，內(nèi)排土場(chǎng)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(duì)選取的24線(xiàn)、26線(xiàn)2個(gè)剖面排棄臺(tái)階平盤(pán)寬度分別為45、50、55、60 m時(shí)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，并得到最優(yōu)的排棄平盤(pán)寬度，不同臺(tái)階寬度邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及臺(tái)階平盤(pán)寬度優(yōu)化結(jié)果如圖2—圖5，內(nèi)排土場(chǎng)形態(tài)優(yōu)化見(jiàn)表2。

通過(guò)上述圖表分析可知，24線(xiàn)和26線(xiàn)平盤(pán)寬度分別為51 m和47 m時(shí)，滿(mǎn)足邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.3，即最優(yōu)排棄平盤(pán)寬度，為了方便現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理，最終采用排棄臺(tái)階平盤(pán)寬度為55 m。

圖2 24線(xiàn)不同臺(tái)階寬度邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖3 26線(xiàn)不同臺(tái)階寬度邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖4 24線(xiàn)臺(tái)階平盤(pán)寬度優(yōu)化結(jié)果

圖5 26線(xiàn)臺(tái)階平盤(pán)寬度優(yōu)化結(jié)果

表2 不同剖面內(nèi)排土場(chǎng)形態(tài)優(yōu)化

3 結(jié) 語(yǔ)

1）元寶山露天煤礦內(nèi)排土場(chǎng)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(xiàn)、26線(xiàn)2個(gè)剖面不同排棄平盤(pán)寬度下的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)分析確定最優(yōu)的排棄臺(tái)階平盤(pán)寬度為55 m。

3）為了滿(mǎn)足二次改河要求，內(nèi)排土場(chǎng)排棄平盤(pán)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(diǎn)分析水對(duì)該礦內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，也應(yīng)該采取相應(yīng)的防排水措施，防止河道中的水滲透入內(nèi)排土場(chǎng)中。

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【責(zé)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(shù)大學(xué)采礦系露天開(kāi)采專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在元寶山露天煤總工辦從事采礦設(shè)計(jì)。

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(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析及參數(shù)優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（10）：4-6.