張春鋒，曹方智

（內(nèi)蒙古礦業(yè)集團(tuán)石墨新材料有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

內(nèi)蒙古某露天煤礦內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性研究

張春鋒，曹方智

（內(nèi)蒙古礦業(yè)集團(tuán)石墨新材料有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

重點(diǎn)對(duì)該礦內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究，對(duì)邊坡參數(shù)及排棄高度變化對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析；對(duì)內(nèi)排土場(chǎng)排棄參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，以對(duì)今后排土場(chǎng)的排棄參數(shù)、高度及穩(wěn)定性提供依據(jù)。

露天礦；內(nèi)排土場(chǎng)；排棄高度；邊坡穩(wěn)定

Abstract：This article focuses on researching slope stability of internal dump,analyzes the effect of slope parameters and discharge height on the slope stability,optimizes the dump parameters,which provide the basis for the discharge parameters,height and stability in dump.

Key words：open-pitmine;internal dump;abandoned height;slope stability

1 概 況

該露天煤礦位于阿拉善左旗敖倫布拉格產(chǎn)業(yè)園區(qū)西北部，距產(chǎn)業(yè)園區(qū)約10 km。地理坐標(biāo)介于東經(jīng)106°04′00″～106°12′00″、北緯 40°19′56″～40°25′18″，北側(cè)有臨哈高速，臨策鐵路橫貫園區(qū)東西。

該露天煤礦設(shè)計(jì)開(kāi)采能力為500萬(wàn)t/a，于2003年10月正式投產(chǎn)。目前主要開(kāi)采3#、5#煤層，煤炭年產(chǎn)量達(dá)400萬(wàn)t/a，采煤工藝為單斗-卡車(chē)-半固定破碎站的半連續(xù)工藝，剝離采用外委作業(yè)方式。

本文擬通過(guò)研究邊坡參數(shù)及排棄高度變化對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響及研究?jī)?nèi)排土場(chǎng)排棄參數(shù)、邊坡參數(shù)優(yōu)化等，對(duì)今后內(nèi)排土場(chǎng)的排棄參數(shù)、高度及穩(wěn)定性提供依據(jù)。

2 內(nèi)排土場(chǎng)特征

截止2016年9月，該露天煤礦內(nèi)排土場(chǎng)最高標(biāo)高為+712 m，形成9個(gè)臺(tái)階，整體內(nèi)排邊坡角11°，單臺(tái)階高度約20 m，最小平盤(pán)寬度37 m，最大130 m，平均寬度80 m，單臺(tái)階坡面角36°～38°，內(nèi)排土場(chǎng)排棄物料的主要成分為粉砂巖、中砂巖、泥巖、熱值低的廢煤、少量第四系土體；由于內(nèi)排土場(chǎng)基底賦水，為防止基底水進(jìn)入排棄物料內(nèi)部，礦方采用人工鋪設(shè)約2 m厚的泥巖散料，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理，保證了邊坡的穩(wěn)定。

3 巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

該露天礦在礦山建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程中，與109勘探隊(duì)、中煤科工集團(tuán)西安研究院、中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院等許多科研院校、單位合作，對(duì)各類巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，積累了比較豐富的成果和資料。

由于礦區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體呈層狀分布，故巖體強(qiáng)度指標(biāo)主要取決于巖塊的強(qiáng)度參數(shù)，并類比以往礦區(qū)的巖土體物理力學(xué)參數(shù)，綜合得出了該露天礦邊坡穩(wěn)定性計(jì)算與分析將采用的巖土體物理力學(xué)指標(biāo)，巖土體物理力學(xué)指標(biāo)推薦值見(jiàn)表1。

4 內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定影響因素分析

綜合分析該露天礦工程地質(zhì)條件與采礦條件，影響內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的主要因素如下：

表1 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)推薦值

1）東幫滲水對(duì)巖土體強(qiáng)度的影響。東幫滲水是內(nèi)排土場(chǎng)基底及坡體內(nèi)部地下水的主要來(lái)源，是影響內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

2）堆置高度。當(dāng)排棄物堆置較高時(shí)，會(huì)對(duì)泥巖基底產(chǎn)生巨大的荷載，在水的滲透作用下，極易產(chǎn)生沿地基軟弱層的滑坡。當(dāng)基底承載力允許時(shí)，增加排土臺(tái)階數(shù)，使排土場(chǎng)的整體邊坡角變小，排土場(chǎng)的穩(wěn)定性得到改善。該因素是影響內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的主要因素。

3）基底承載力。當(dāng)排土場(chǎng)坐落在軟弱巖土體上部時(shí)，承載力問(wèn)題便成為影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，必須對(duì)基底承載力進(jìn)行嚴(yán)格的核算，當(dāng)承載力滿足要求時(shí)，才能考慮排土參數(shù)的優(yōu)化。該因素是影響內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的主要因素。

4）泥巖散料的影響。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，在該礦內(nèi)排土場(chǎng)底部賦存有薄層人工堆棄泥巖散料弱層，由于該弱層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較小，需考慮上部巖土體沿該弱層發(fā)生順層滑動(dòng)的可能性。該因素是影響內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的主要因素。

此外，排棄物料的性質(zhì)，邊坡的坡形的坡度以及地下水在邊坡中滲流所引起的滲流力等，都是邊坡失穩(wěn)的重要因素。

5 排棄高度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

5.1 排棄高度變化對(duì)排棄物料的物理性質(zhì)的影響

排棄高度變化對(duì)排棄物料的物理性質(zhì)的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：①改變排棄物料的固結(jié)特征；②影響了排棄物料的物理性質(zhì)。

該露天礦內(nèi)排土場(chǎng)的物料為由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥巖、棄煤等組成的散料，其不同級(jí)配的組合混排，表現(xiàn)出不同的固結(jié)特性，造成內(nèi)排土場(chǎng)不均勻沉降，使內(nèi)排土場(chǎng)一些平盤(pán)出現(xiàn)不同規(guī)模的沉降裂縫，而排棄高度的增大，明顯加劇了內(nèi)排土場(chǎng)不均勻沉降。伴隨出現(xiàn)的沉降裂縫破壞了排土場(chǎng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，加快地表水入滲和側(cè)向地下水的補(bǔ)給，不利于邊坡穩(wěn)定。

5.2 排棄高度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

在現(xiàn)狀條件下，單臺(tái)階高度20 m、平盤(pán)寬度85 m、坡面角36°，結(jié)合內(nèi)排現(xiàn)狀排棄高度和設(shè)計(jì)排棄高度分別設(shè)定排棄高度155、160、170、225 m對(duì)整個(gè)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響。

現(xiàn)采用GEO-slop軟件，采用Morgenstern-Price方法定量計(jì)算，不同排棄高度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，具體以3#剖面為基準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 排棄高度與安全系數(shù)的變化曲線

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析：在既定條件下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)與排棄高度基本呈反比關(guān)系，但降幅偏小，主要是受總體邊坡角較小影響，排棄高度增大的影響被弱化。當(dāng)排棄高度達(dá)到200 m時(shí)，安全系數(shù)為1.28，基本滿足要求，但潛在滑面伴隨排棄高度后移，滑體不斷增大，危險(xiǎn)性增大。

6 內(nèi)排土場(chǎng)排棄參數(shù)優(yōu)化

6.1 排土段高

該露天礦內(nèi)排土場(chǎng)臺(tái)階坡面角約為36°，當(dāng)坡面角固定時(shí)，計(jì)算不同高度（12～26 m）情況下排土臺(tái)階的Fs值，單臺(tái)階高度20 m時(shí)Fs值隨單臺(tái)階高度變化曲線如圖2所示。在排土臺(tái)階Fs值滿足1.2的條件下，極限排土高度為21 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)平盤(pán)高度為20 m是合理的，排土臺(tái)階高度建議仍采用20 m。

圖2 Fs值隨單臺(tái)階高度變化曲線

6.2 極限邊坡角

按排土總高度為200 m進(jìn)行分析，當(dāng)排棄總高度固定時(shí)，計(jì)算不同幫坡角（7°～17°）情況下排棄邊坡的Fs值，繪制出Fs值隨總體邊坡角變化曲線如圖3所示。在排土邊坡Fs值滿足1.2的條件下，結(jié)合內(nèi)排土場(chǎng)實(shí)際采礦條件與地質(zhì)條件，總體邊坡角極限值為12°。

圖3 邊坡高度200 m時(shí)Fs值隨總體邊坡角變化曲線

6.3 最終平盤(pán)寬度

該露天礦排土場(chǎng)單臺(tái)階高度為20 m，臺(tái)階坡面角為36°，總體邊坡角極限值為12°。當(dāng)單臺(tái)階高度、單臺(tái)階坡面角和總體邊坡角已知時(shí)，根據(jù)總排棄高度即可計(jì)算出最終平盤(pán)寬度值。通過(guò)分析得知，該露天礦排土場(chǎng)最終平盤(pán)寬度最小約為75 m。

6.4 內(nèi)排土場(chǎng)排土參數(shù)確定

基于優(yōu)化結(jié)果，綜合考慮內(nèi)排土場(chǎng)地質(zhì)條件、地下水分布情況、氣候條件、巖土物理力學(xué)性質(zhì)、采礦條件、運(yùn)輸及排棄方式以及排土場(chǎng)地形地貌等因素，并參考初步設(shè)計(jì)、排土規(guī)劃等文件，確定內(nèi)排土場(chǎng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)排土場(chǎng)技術(shù)參數(shù)

7 結(jié)論

邊坡滑坡是露天礦安全生產(chǎn)的重大隱患之一，露天礦邊坡的穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到煤礦能否正常生產(chǎn)。露天礦邊坡研究與治理工作是煤礦技術(shù)工作不可缺少的一部分。結(jié)合該露天煤礦內(nèi)排土場(chǎng)邊坡特點(diǎn)，制定內(nèi)排土場(chǎng)滑坡防治指導(dǎo)建議：

1）開(kāi)展工程地質(zhì)及水文地質(zhì)工作，查明影響邊坡穩(wěn)定的各種地質(zhì)條件及其它因素。每年對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的滑坡提出整治方案，并做好施工中的治理工作。

2）水是造成邊坡滑坡的主要因素。對(duì)于地下水威脅邊坡穩(wěn)定的區(qū)域，需進(jìn)行必要的疏干工作。在采場(chǎng)、排土場(chǎng)四周，建立完整的防排水系統(tǒng)。每年雨季前，應(yīng)進(jìn)行全面檢查、維修。

3）控制排土場(chǎng)外推線的推進(jìn)速度，給排土場(chǎng)一定的固結(jié)時(shí)間，以便增加排土堆場(chǎng)的抗壓強(qiáng)度，采用多點(diǎn)排土或者交替排土，可以緩和這個(gè)矛盾。

4）內(nèi)排土場(chǎng)目前已形成排棄高度超過(guò)150 m，屬于高度堆棄邊坡，安全性較差，建議完善邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的，現(xiàn)有GPS邊坡變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用率較低，監(jiān)測(cè)范圍小，建議擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍和監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量，隨時(shí)掌握邊坡的變形狀況，對(duì)可能失穩(wěn)的邊坡及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，最大限度地保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，減小損失。

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【責(zé)任編輯：陳 毓】

Study on slope stability in the internal dump of open-pitmine

ZHANG Chunfeng,CAO Fangzhi
(Inner Mongolia Mining Group Graphite New Materials Co.,Ltd.,Huhehaote 010000,China)

TD824.7

B

1671-9816（2017）10-0030-04

2017-05-12

張春鋒（1982—），男，山西大同人，本科，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任內(nèi)蒙古礦業(yè)集團(tuán)石墨新材料有限責(zé)任公司專業(yè)項(xiàng)目經(jīng)理。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.009

張春鋒，曹方智.內(nèi)蒙古某露天煤礦內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（10）：30-32.