任月龙;舒继森;秦文清;马洪伟
【摘 要】通过对采场和排土场的工程地质条件分析,应用极限平衡理论对边帮的稳定性进行了分析,提出了露天开采条件下的稳定边坡角,用以指导露天矿生产. 【期刊名称】《露天采矿技术》 【年(卷),期】2010(000)001 【总页数】4页(P37-39,41)
【关键词】边坡;稳定性研究;稳定性评价;极限平衡方法 【作 者】任月龙;舒继森;秦文清;马洪伟
【作者单位】内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限责任公司,内蒙古,锡林浩特,026000;中国矿业大学矿业工程学院,江苏,徐州,221116;内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限责任公司,内蒙古,锡林浩特,026000;内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限责任公司,内蒙古,锡林浩特,026000 【正文语种】中 文 【中图分类】TD824.7
内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限责任公司胜利东二号露天煤矿位于锡林浩特市东北10 km处，一期设计能力10 Mt/a，二期设计能力30 Mt/a，目前一期工程已完成并通过国家质量认证，二期工程建设也已拉开序幕。在开采过程中发现地质条件与原地质报告有较大变化，通过对首采区边坡进行工程地质补充勘察，得到了更详细的地质资料，并在此基础上对首采区边坡进行了稳定性分析与评价。
胜利煤田地处内蒙古高原中东部，大兴安岭西延的北坡。地形标高970.00～1326.60 m，相对高差356.60 m，属高原丘陵地形。区域内地貌形态由构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形、侵蚀堆积地形、岩熔台地4个地貌单元组成。东二号露天矿区地处胜利煤田中东部的剥蚀堆积地形与低缓丘陵地形过渡地带。露天矿区地形标高990～1133 m，相对高差143 m。
锡林河为胜利煤田内最大的一条河流，全长268 km。该河位于本露天区西部边界以西7 km，年平均流量0.6 m3/s，年平均迳流量1920万m3，春汛最大洪峰流量为57.4 m3/s，水深一般在0.50～1.00 m，每年12月至翌年1、2月为断流期。本区河水流量的多寡取决于上游水库的控制及降水量的大小。
锡林浩特水库位于锡林浩特市南15 km，始建于1958年。水库总库容为2003万m3，正常蓄水水位标高1013.40 m，设计洪水位标高1013.95 m，正常水位以下库容1539万m3。水库弃水时间为每年6月底至9月初，防洪高水位时下泄流量30 m3/s。
本区属中温带干旱半干旱气候，春季风多易干旱，夏季温热雨不匀，秋季凉爽霜雪早，冬长寒冷冰雪茫。
露天矿首采区内发育的地层自上而下有：第四系（Q）、新生界第三系上新统（N2）、中生界白垩系下统巴彦花群胜利组（K1bsh）。
（1）第四系（Q）。全区分布。岩性主要由浅黄—灰黄色砂砾及粗、中、细粉砂和亚粘土、亚砂土、覆盖土组成。全层厚1.00～128.92 m，平均厚37.01 m，厚度变化由西南向东、东北逐渐变薄。
（2）第三系上新统（N2）。全区分布，岩性主要为冲洪积的灰绿色砂砾岩、砂岩及棕红色、灰白—灰绿色粘土组成。粘士中含钙质结核。砂砾岩、细粉砂泥岩多为半胶结、松散，风干后易碎，水浸后呈流砂状。厚度一般在8.40～103.00 m，平均45.26 m。
（3）中生界白垩系下统巴彦花群胜利组（K1bsh）。胜利组（K1bsh）是本区主要含煤地层，本组底界为11煤组底板。主要岩性为煤层、灰—灰白色粉砂岩、泥岩、细砂岩、粗砂岩夹砾岩，含13个煤层。该段地层以11号煤层底板为界，与下伏锡林组整合接触，厚度30.02～720.50 m，平均354.83 m。
胜利东二号露天煤矿第四系地层以砂质粘土为主，细砂、中砂次之，粗砂最少，属于松散岩层及软岩类；第三系地层孔隙率、含水率普遍较高，岩石单轴抗压强度普遍较低，属于软-中硬岩类；煤系地层主要由泥岩（砂质泥岩、炭质泥岩）、砂岩（粗、中、细、粉）和煤层组成，属于软—中硬—硬岩类。
泥岩占层段的15.70%，炭质泥岩占层段的0.81%，砂质泥岩占层段的21.48%，粉砂岩占层段的17.02%，中砂岩占层段的2.12%，细砂岩占层段的9.03%，粗砂岩占层段的0.21%，煤层占层段33.62%。
软岩类占层段的65.36%，中硬岩类占层段的33.69%，硬岩类仅占层段的0.95%。 胜利向斜的轴部从胜利东二号露天矿境界中部偏北位置通过；境界内有大小断层9条，均为正断层，走向多为N60°E左右。
露天区的含水层由上至下为第四系松散岩类孔隙潜水含水层，第三系孔隙、裂隙潜水含水层，4煤组基岩裂隙、孔隙承压含水岩组，5（6）煤组裂隙、孔隙承压含水层和7-11煤组裂隙、孔隙承压含水层。
露天区含水层间有稳定的隔水层，即第三系上新统隔水层和基岩煤系地层间隔水层。 首采区南帮边坡为顺层边坡，根据本次补充勘探和之前的各次勘探结果，组成南帮边坡的岩层倾角在F68断层南侧很小，基本在5°以下，在F68断层以北，岩层的倾角较大，一般在10°左右。典型剖面如图1所示。
顺层边坡对稳定性不利，受层面和弱层的影响，南帮边坡的稳定性会比较差，出现的滑坡模式以图2所示的圆弧—顺层模式为主。
与边坡同倾向的正断层使得断层北侧的主采煤层埋深增大，不仅增大了边坡的高度，
而且使得南帮边坡中层面和弱层更多的直接出露于边坡面。南帮边坡的稳定性主要取决于弱层的强度、位置和产状。总体上说，南帮边坡的稳定性较差。 根据地层的分布情况，东帮边坡的滑动模式为圆弧模式或圆弧顺层模式，如图3所示。
东端帮边坡岩体的倾向从南侧的同倾到北侧的反倾，倾角不大，地质构造对边坡稳定性的影响较小，边坡高度最大为450 m。从边坡的平面形状来看，东端帮边坡属于“凹型边坡”，对稳定性有利。
胜利东二矿首采区北帮边坡地质构造简单，到目前为止尚未发现有大的断裂经过此区域。由于首采区位于胜利向斜的南翼，北帮边坡岩层的倾向与边坡倾向相反，典型剖面如图4所示。从地质构造的角度来讲，边坡岩体具有稳定构造。
组成北帮边坡的岩层大部分都属于软岩，边坡高度从东部的450 m左右到西部的近600 m，为软岩高大边坡，在露天矿生产过程中必须重视边坡的管理和滑坡防治工作。
北帮边坡的破坏模式主要有圆弧模式和圆弧顺层模式，如图5所示。
本次研究采用极限平衡法对首采区拉沟位置重要部位边坡稳定性进行计算，并对各帮边坡的稳定性进行评价。根据以往的地质报告和本次补充勘探试验成果以及相关矿山经验数据，在稳定性计算中采用的岩层力学参数见表1。
首采区拉沟位置边坡补充工程地质勘探结果表明，边坡中存在一些软弱层，其抗剪强度最小值只有6.83 kPa/8.13°，从各钻孔取出的软弱岩层试样来看，这些软弱层的连续性较差。参考情况类似的露天矿，选取连续弱层的抗剪强度参数：C=14 kPa、φ=15°。
首采区南帮边坡为顺层边坡。在断层F8南侧1012水平附近有南I带式输送机出入沟和南一出入沟，这一部分是该段边坡的重要部位。由于断层F8和F62的存在，使得F8附近的边坡角大（990-1101标高之间的边坡角为28.6°），南I带式输送
机出入沟和南一出入沟处于较不稳定的岩层之上。
在考虑地下水影响时，南I胶带机出入口经过的台阶稳定性较差（1.171），需要采取措施防止变形过大或滑坡出现。
在南帮边坡外侧约200 m处，有设计排高100 m的南排土场。通过极限平衡法分析计算，排土场本身的稳定系数为2.319；如果将强度较低的排弃物（C=25 kPa、φ=15°）排弃在南排土场北侧境界附近，则排土场本身的稳定系数只有1.234。复合边坡的稳定性与境界附近排弃物的强度有一定的关系，但影响不大，南帮边坡现行的边坡角（834-1039的总体边坡角为 18.6°、899-1011的边坡角 28.6°）可以保持基本稳定。排土场与采场的复合边坡也是稳定的（以排土场边缘附近300 m范围内排弃强度较高的白垩系物料为前提）。在极端情况下，如地下水位较高，同时又遇上烈度大于等于VII度的震动，可能出现局部滑动的可能性，需要加强边坡管理。
南帮边坡根据工程需要，将边坡角保持在18～20°之间可以保持基本稳定。 东帮边坡岩层倾向与边坡倾向相反，其高度较小，岩体结构较简单，其上重要设施较少，21°的边坡可以基本保持稳定。
从边坡稳定性计算过程中自动搜索的滑动面位置来看，采场滑坡影响到采场境界外侧约100 m。北帮为逆倾岩层边坡对稳定性有利，但北帮边坡附近第四系、第三系土层的厚度变化较大，根据之前的勘探资料，土层厚度向西逐渐变大，最大厚度可超过100 m，滑坡的影响距离会大于100 m。
北侧沿帮排土场高度100 m，设计坡度为18°。对于100 m高的排土场边坡，如果在排土场边缘附近300 m范围内排弃强度较高的物料，排土场将具有较高的稳定性，不会出现滑坡。只要排土场稳定，排土场与采场之间的安全距离大于200 m即可。但考虑到一些未知因素和极端情况，北帮排土场南沿与采场北部境界之间的距离应大于250 m。在首采区的西部，边坡高度接近600 m，安全距离还应
适当加大。
北帮边坡高度大，岩层软弱，上部（约一半边坡高度以上部分）边坡可按18°设置，然后根据稳定情况调整下部边坡的角度，使总体边坡角保持在20°左右（下部边坡角约为22.5°）。
胜利东二号露天煤矿边坡的岩层软、高度大，边坡破坏模式主要有圆弧模式和圆弧顺层模式。南帮边坡的稳定性较差，东帮的稳定性较好。南帮边坡根据工程需要，将边坡角保持在18～20°可以保持基本稳；东帮边坡岩层倾向与边坡倾向相反，且高度较小，岩体结构较简单，其上重要设施较少，21°的边坡可以基本保持稳定。北帮边坡高度大，岩层软弱，上部边坡可按18°设置，然后根据稳定情况调整下部边坡的角度，使总体边坡角保持在20°（下部边坡角约为22.5°）。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容