李曉俊

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

新嶺煤礦南露天東幫壓幫方案研究

李曉俊

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

分析新嶺煤礦南露天東幫產生變形的原因，并提出壓幫應對措施。通過改變壓幫的長度與高度提出不同的壓幫方案，研究壓幫寬度與高度對邊坡穩(wěn)定的影響，找出其變化規(guī)律，選擇最優(yōu)壓幫方案，以提高邊坡的穩(wěn)定性，保證生產作業(yè)安全。

露天礦；壓幫方案；寬度與高度；變化規(guī)律；邊坡穩(wěn)定性

0 引言

大型露天礦開采過程中，通常采用內排壓幫排土工藝，不僅可以節(jié)省運距，還可以提高邊坡的穩(wěn)定性[1-2]。同時，壓幫也是預防、治理滑坡的一種經濟有效的措施[3]。為了研究不同的壓幫排土寬度和高度對邊坡穩(wěn)定性的影響，采用邊坡軟件對新嶺煤礦南露天東幫邊坡進行計算分析，分析不同壓幫高度及寬度對邊坡穩(wěn)定性的增效效果，提出最優(yōu)壓幫方案，以提高邊坡的穩(wěn)定性，保證生產作業(yè)安全。

1 概 況

新嶺煤礦位于鶴崗礦區(qū)北部，行政區(qū)屬于鶴崗市東山區(qū)管轄。新嶺煤礦地勢北高難低，地面最高標高+310 m，屬于構造剝蝕丘陵區(qū)。該區(qū)屬于大陸性寒溫帶氣候，冬春兩季多風寒冷，夏季多雨，年平均降雨量約600 mm，雨季多集中在6、7、8 3個月。每年10月中旬至翌年4月為結凍期，最大凍結深度2.38 m，年平均降雨量645.4 mm。

礦區(qū)賦存的地層有前古生界花崗片麻巖及花崗巖，中生界白堊系下統(tǒng)鶴崗群石頭河子組和新生界第四系。構造特點是以斷裂為主，伴隨寬緩的褶曲，區(qū)內構造南部和西部相對簡單，煤層厚而集中，發(fā)育較完整，而東部的煤層由于受F1斷層所控制而產生的次一級斷層組的影響，分成不連續(xù)的塊段，走向由北東變?yōu)闁|西向，致使產生小型盆狀向斜構造。

F1斷層是礦區(qū)中具有代表性的斷裂構造，走向北起三道溝，南起靠山河長達8 km，橫貫鶴崗煤田，落差達300～400 m，在本區(qū)該斷層沿石頭河方向延展。F1上盤為煤系地層，主要為白堊系下統(tǒng)石頭河子組和新生界第四系，巖石為砂巖和表土，受F1影響發(fā)育有F10、F11、F12等幾條斷層，使含煤地層沿傾斜方向重復出現(xiàn)，并產生寬緩向斜。由于斷層為階梯狀，斷層破碎帶大，破壞了邊坡巖體的完整性，降低了巖層的凝聚力和內摩擦力，每逢雨季，邊坡位移增大，極易造成滑坡。F1下盤地層主要為煤系基底，分布有前古生界和新生界地層，除淺部少量覆蓋有表土和砂礫巖外，深部為花崗巖。巖石質地堅硬，內聚力強，堅實系數大，極其穩(wěn)定，5棟土樓、小石頭河、新建的沿河小區(qū)，均為位于其上部區(qū)域。

全區(qū)煤層為舊區(qū)復采，復采區(qū)整層存在，煤層內舊巷交錯林立，煤層厚度受采掘影響薄厚不一，變化較大，煤層頂底板受多次采動影響，局部出現(xiàn)斷裂，裂隙較為發(fā)育。在舊巷密集或采空區(qū)處煤層紊亂，煤層特征不明顯，煤矸混合嚴重。

2 變形原因分析

通過分析，該礦區(qū)地層較為復雜，受斷層、斷裂及舊巷道等因素影響，影響邊坡穩(wěn)定因素較多。在露天礦東幫，由于F1斷層存在，其傾向與邊坡傾向相同，傾角大于50°。新嶺煤礦東幫臺階產生的變形，分析其主要原因在于局部邊坡角度較大，加之雨季降雨，邊坡內部含水量增加，邊坡內部巖體強度降低，導致邊坡產生局部變形，為保證邊坡穩(wěn)定，需對邊坡進行抗滑工程處理，經綜合分析，選用邊坡壓腳（壓幫）的方式進行處理，即將剝離物壓在東幫邊坡下部臺階，加大抗滑力，提高邊坡穩(wěn)定性。

3 計算基礎

3.1 理論基礎

采用極限平衡法對東幫邊坡進行計算分析，極限平衡分析分為單一滑弧穩(wěn)定系數計算及穩(wěn)定系數尋優(yōu)2部分[4]。極限平衡分析計算方法很多，有瑞典法、畢肖普法、M-P法、薩爾瑪法、詹布法等。各種方法考慮問題的切入點不同，根據多年的計算分析，不同方法的計算結果相差不大[5-6]。本次計算采用畢肖普法。

3.2 剖面及巖體參數的確定

分析礦區(qū)現(xiàn)有開采情況，新嶺煤礦為井工、露天綜合開采，其中較淺的18#煤以上煤層由露天采掘，18#煤以下的煤層由井工采掘。選取典型的A、7#、8#勘探線剖面進行分析。

為了科學合理的評價東幫邊坡壓幫前后的穩(wěn)定性，需要確定邊坡地層巖體強度。計算分析所選用巖體強度參數的合理性直接關系到結果的可靠性，所以科學可靠的確定巖體強度參數是邊坡穩(wěn)定計算的關鍵[7-8]。采用經驗法、反算法綜合考慮確定。由于礦山邊坡已產生變形，運用反算分析法能夠較合理的計算出巖體的強度參數。本次分析在已變形位置選取3個剖面，根據已滑位置進行邊坡穩(wěn)定反分析計算。反分析計算結果顯示，邊坡滑弧沿著河邊裂隙帶貫穿到坡底?；顟B(tài)為圓弧滑動。根據反算結果綜合經驗法確定巖體計算參數，見表1。

表1 巖體強度參數

4 邊坡壓幫方案的計算分析

通過計算分析得知，8#剖面的穩(wěn)定性系數為0.924，在1.0以下；7#剖面穩(wěn)定系數為1.003；A剖面穩(wěn)定系數為1.098，均存在著發(fā)生滑坡的危險。采用壓幫方法，使得東幫邊坡整體穩(wěn)定系數達到穩(wěn)定性標準，從而使整個邊坡的穩(wěn)定性處于良好狀態(tài)。設計壓幫高度為工作臺階高度參數的整數倍，這里分別選用了24、32、40、48 m四種壓幫高度。壓幫水平寬度選取了20、30、40、50 m四種壓幫寬度。通過分別計算每個壓幫高度對應的不同壓幫寬度，得到每組壓幫高度與寬度對應的穩(wěn)定系數，找出其中的變化規(guī)律，進而選擇最優(yōu)的壓幫方案。

4.1 8#剖面壓幫設計及計算分析

根據8#勘探線剖面資料及確定的巖土體力學參數，通過邊坡計算軟件，建立計算模型，根據設計的不同壓幫高度及壓幫寬度，分別進行計算分析，計算結果見表2。為了直觀的分析不同壓幫高度及壓幫寬度對邊坡穩(wěn)定性的影響，分別繪制穩(wěn)定系數隨高度變化曲線圖及穩(wěn)定系數隨寬度變化曲線圖，如圖1、圖2。

表2 8#剖面壓幫設計及計算結果

由圖1可知，在壓幫寬度一定的情況下，東幫邊坡穩(wěn)定系數隨著壓幫高度的增加而呈線性增加，表現(xiàn)為良好的一次函數關系。這說明相同壓幫寬度下，壓幫高度的增加對邊坡穩(wěn)定性的增強會一直持續(xù)，效果較明顯直觀。高度越大，對邊坡穩(wěn)定性越有利。

圖1 8剖面穩(wěn)定系數隨壓幫高度變化曲線

圖2 8#剖面穩(wěn)定系數隨壓幫寬度變化曲線

由圖2可知，在壓幫高度一定的情況下，東幫邊坡穩(wěn)定系數隨著壓幫寬度的增加而增加，但隨著寬度增加到一定程度后，穩(wěn)定系數不再明顯增加，表現(xiàn)為二次函數關系。這說明相同壓幫高度下，隨著壓幫寬度的增加，邊坡穩(wěn)定系數隨之有所增加，但增加到一定程度后，曲線會趨于平緩，穩(wěn)定系數不再明顯增加，壓幫寬度對邊坡穩(wěn)定性影響有一定限度。另外，通過4條曲線的比較可知，壓幫高度越高，曲線趨于平緩所需的壓幫寬度越寬。

實際生產中，需要考慮安全性及經濟性，因此需要選擇最優(yōu)方案，通過分析可知，當8#剖面壓幫高度達到48 m，壓幫寬度達到40 m時（或者壓幫寬度50 m，壓幫高度40 m），邊坡穩(wěn)定系數達到1.268，滿足邊坡穩(wěn)定性條件。雖然繼續(xù)增加壓幫寬度或者增加壓幫高度，邊坡會更加穩(wěn)定，但會造成費用的增加，經濟不合理。而壓幫高度48 m壓幫寬度40 m時，施工空間有局限性。因此，8#剖面最優(yōu)壓幫方案推薦為壓幫高度40 m，壓幫寬度50 m。

4.2 7#剖面壓幫設計及計算分析

7#剖面計算參數及方法與8#剖面一致，計算結果見表3及圖3、圖4。根據圖3、圖4分析可得到與8#剖面計算分析所得到的規(guī)律相同。通過分析，7#剖面最優(yōu)壓幫方案推薦為壓幫高度40 m，壓幫寬度40 m。

表3 7剖面設計及計算結果

圖3 7剖面穩(wěn)定系數隨壓幫高度變化曲線圖

圖4 7剖面穩(wěn)定系數隨壓幫寬度變化曲線圖

4.3 A剖面壓幫設計及計算分析

A剖面計算方法與7#、8#剖面計算方法一致，計算結果見表4及圖5、圖6。3個剖面分析所得到的規(guī)律相同。

表4 A剖面設計及計算結果

圖5 A剖面穩(wěn)定系數隨壓幫高度變化曲線

圖6 A剖面穩(wěn)定系數隨壓幫寬度變化曲線

通過分析，A剖面最優(yōu)壓幫方案推薦為壓幫高度40 m，壓幫寬度40 m。

5 結論

從計算結果，可以直觀的看出新嶺煤礦東幫邊坡的穩(wěn)定狀況。根據已掌握的情況，結合計算分析步驟，總結出如下結論：

1）新嶺煤礦東幫臺階產生了零散的變形，其原因主要有斷層構造切割，巖體破碎，局部邊坡角度較大，加之雨季降雨，邊坡內部含水量增加，邊坡內部巖體強度降低，導致邊坡局部變形；為保證邊坡穩(wěn)定，需對邊坡進行抗滑工程處理，經綜合分析，選用邊坡壓腳的方式進行處理。

2）新嶺露天礦東幫7#、8#、A勘探線剖面原始邊坡穩(wěn)定系數分別為1.003、0.924、1.098，3個剖面中穩(wěn)定性系數最大的未達到1.1，因此，該邊坡穩(wěn)定狀態(tài)較差，發(fā)生滑坡的概率較大。

3）對比原始邊坡與壓幫后的東幫邊坡穩(wěn)定性，可知壓幫較好地提高了邊坡穩(wěn)定系數，3個剖面的穩(wěn)定系數均在原有的基礎上有了較大的提升，因此，采用壓坡腳邊坡處理措施，可以很好的改善邊坡狀態(tài)，保證邊坡的長期穩(wěn)定，同時給后續(xù)的礦山開采提供了安全保障。

4）通過不同種壓幫形式的對比，改變壓幫參數，通過改變壓幫的高度與寬度，不同程度上的提高新嶺煤礦東幫邊坡的穩(wěn)定性。在壓幫寬度一定的情況下，東幫邊坡穩(wěn)定系數隨著壓幫高度的增加而呈線性增加，表現(xiàn)為良好的一次函數關系。在壓幫高度一定的情況下，東幫邊坡穩(wěn)定系數隨著壓幫寬度的增加而增加，但增加到一定程度后，曲線會趨于平緩，穩(wěn)定系數不再明顯增加，壓幫寬度對邊坡穩(wěn)定性影響有一定限度。壓幫高度對邊坡穩(wěn)定性影響較大。

5）8#剖面建議壓幫高度為40 m，壓幫寬度為50 m；7#剖面建議壓幫高度為40 m，壓幫寬度為40 m；A剖面建議壓幫高度為40 m，壓幫寬度為40 m。

［1］ 周偉，韓流，才慶祥．內排土場對端幫邊坡穩(wěn)定性影響研究［J］．采礦與安全工程學報，2015，32（4）：672－675．

［2］ 呂金星，舒繼森．內排土場對露天礦端幫穩(wěn)定性的影響［J］．金屬礦山，2012，36（3）：45－47．

［3］ 洛大軍，羅偉．布沼壩露天礦西幫壓幫內排穩(wěn)定性淺析［J］．云南煤炭，2013（4）：32－35．

［4］ 王勇．勝利一號露天煤礦沿幫排土場增高擴容邊坡穩(wěn)定研究［J］．煤炭工程，2012，（10）：92－93．

［5］ 王浩．邊坡穩(wěn)定性影響因素及評價方法［J］．黑龍江交通科技，2011（7）：110－111．

［6］ 唐學民．邊坡穩(wěn)定性影響因素分析［J］．西部探礦工程，2012（9）：8．

［7］ 楊帆，侯克鵬，謝永利．巖質高邊坡巖體力學參數確定及穩(wěn)定分析研究［J］．西安建筑科技大學學報（自然科學版），2011（6）：845－853．

［8］ 周慶華．邊坡巖體抗剪強度計算參數取值方法的探討［J］．礦業(yè)快報，2006（4）：19－21．

【責任編輯：解連江】

Scheme research on covering slope of east slope in Xinling South Open-pit Mine

LI Xiaojun
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

This article analyzes the causes of the east slope deformation in Xinling South Open-pit Mine,and puts forward some measures to solve the problem.By changing the length and height of slope,the article puts forward the different covering slope plan,studies the effect of pressure slope width and height on slope stability,finds out the change rule,selects the optimal scheme, in order to improve the slope stability and ensure production safety.

open-pit mine;covering slope scheme;width and height;change rule;slope stability

TD824.7

B

1671-9816（2017）04-0011-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.004

李曉俊.新嶺煤礦南露天東幫壓幫方案研究［J］.露天采礦技術，2017，32（4）：11-14.

2016-11-18

李曉?。?982—），男，山東煙臺人，工程師，碩士，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學巖土工程專業(yè)，從事露天礦邊坡、采礦設計工作。