新疆某露天礦非工作幫擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定性優(yōu)化

馬熹焱

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

新疆某露天礦非工作幫擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定性優(yōu)化

馬熹焱

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

針對(duì)新疆某露天礦非工作幫開展相關(guān)研究，進(jìn)行必要的工程地質(zhì)補(bǔ)充勘查、確定研究區(qū)域邊坡工程地質(zhì)條件及軟弱結(jié)構(gòu)面賦存狀況。通過(guò)計(jì)算確定非幫合理的礦山開采境界及邊坡參數(shù)，對(duì)采礦境界進(jìn)行重新調(diào)整，減少無(wú)效剝離，節(jié)約剝離費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

非工作幫；邊坡；穩(wěn)定性

0 引 言

新疆某露天礦建設(shè)規(guī)模3.0 Mt/a，初始拉溝位置選擇在首采區(qū)西南部，沿煤層露頭拉溝，初期沿傾向推進(jìn)，后轉(zhuǎn)為走向推進(jìn)。非工作幫邊坡為順傾邊坡[1-2]，傾角為20°左右，在第四系和第三系間賦存有泥巖弱層，該層較為連續(xù)且含水量較大，整個(gè)弱層表現(xiàn)為軟塑狀，該區(qū)域于2012年4月中旬在采深僅為30 m左右即發(fā)生失穩(wěn)破壞。遵循經(jīng)濟(jì)邊坡的理念，進(jìn)行控制開采技術(shù)研究，可在最大限度開采煤炭資源，保障露天礦山安全高效運(yùn)營(yíng)。

1 地質(zhì)條件

研究區(qū)域巖石以第四系松散堆積物和碎屑沉積巖為主，層狀結(jié)構(gòu)，厚度變化較大，分布不均，巖體各向異性表現(xiàn)強(qiáng)烈，巖體質(zhì)量等級(jí)壞—極壞，巖石軟、硬互交替，穩(wěn)定性較差，故未來(lái)煤礦開采中，易發(fā)生底板吸水變形、邊坡崩塌和滑坡等礦山工程地質(zhì)問(wèn)題[3]。按MT/T1091—2008煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)工程地質(zhì)勘探類型為三類三型，即層狀巖類工程地質(zhì)條件復(fù)雜型。

根據(jù)國(guó)內(nèi)露天煤礦引起邊坡滑落的地質(zhì)因素、巖樣化驗(yàn)資料、物探測(cè)井巖性彈性解釋成果和GB50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，初步確定軟弱層位的指標(biāo)為：地質(zhì)標(biāo)志；巖石試驗(yàn)標(biāo)志；測(cè)井標(biāo)志。按上述標(biāo)準(zhǔn)，非工作幫共確定17個(gè)弱層（面）。

2 力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

物理力學(xué)參數(shù)均由礦方提供，對(duì)此進(jìn)行整理后提出新疆某露天礦巖土物理力學(xué)性質(zhì)推薦指標(biāo)見表1。

3 安全儲(chǔ)備系數(shù)的確定

本項(xiàng)目安全儲(chǔ)備系數(shù)的確定主要按照GB50197—2005“露天煤礦工程設(shè)計(jì)規(guī)范”之有關(guān)規(guī)定，依據(jù)我們對(duì)研究區(qū)域工程地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)程度和對(duì)所收集到的資料的掌握程度[4-5]，以及邊坡穩(wěn)定性對(duì)露天礦生產(chǎn)的重要程度，研究區(qū)域非幫邊坡選取安全儲(chǔ)備系數(shù)為1.3。

表1 新疆某露天礦非工作幫巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值表

4 計(jì)算剖面的選取非工作幫擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定分析

根據(jù)本項(xiàng)目研究區(qū)域范圍及其周邊地質(zhì)條件，應(yīng)礦方要求，本次研究報(bào)告邊坡穩(wěn)定性計(jì)算剖面的選取主要針對(duì)非幫邊坡。非工作幫所選取的剖面為礦方開采網(wǎng)所對(duì)應(yīng)K2—K11線，由礦方提供地質(zhì)剖面模型經(jīng)處理后形成，具體為：K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11剖面。

考慮到非工作幫臨近排土場(chǎng)及其對(duì)B8煤層開采的重要影響，新疆某露天礦對(duì)非工作幫邊坡提出了擬擴(kuò)幫方案，為此，對(duì)礦方提出的擬擴(kuò)幫方案也進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算并分析其結(jié)果[6-7]，計(jì)算結(jié)果如圖1—圖4。

圖1 K2剖面擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖2 K5剖面擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定計(jì)算

圖3 K8剖面擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖4 K10剖面擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖5為K2—K11剖面擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定系數(shù)分布圖，從計(jì)算結(jié)果可知，K2—K11各剖面擬擴(kuò)幫邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)均小于安全儲(chǔ)備系數(shù)1.3的要求。

圖5 K2—K11剖面擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定系數(shù)圖

5 邊坡參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)現(xiàn)狀邊坡及擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定計(jì)算可知，現(xiàn)狀邊坡及擬擴(kuò)幫邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)均小于安全儲(chǔ)備系數(shù)1.3的要求，對(duì)于礦區(qū)的安全生產(chǎn)存在著隱患。針對(duì)該問(wèn)題，提高擴(kuò)幫方案整體穩(wěn)定性，保證礦區(qū)的安全生產(chǎn)。為保證新疆某露天礦非幫邊坡穩(wěn)定，提出“削坡減重”優(yōu)化方案，即降低整體邊坡角。通過(guò)對(duì)擬擴(kuò)幫方案的參數(shù)優(yōu)化，將各剖面穩(wěn)定系數(shù)均提高至1.3以上，可滿足礦區(qū)的安全生產(chǎn)。

6 邊坡變形防治措施

綜合計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)狀邊坡存在的問(wèn)題，提出邊坡變形破壞的日常防治措施：

1）針對(duì)非工作幫邊坡，應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)警戒線或警戒牌，用以提醒過(guò)往車輛及人員，從而防止片幫垮落的巖土體對(duì)人員或者設(shè)備造成傷害。

2）做好疏干排水工程。由于非幫邊坡受風(fēng)化、爆破等因素影響，其力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)將有所降低，如果受到大氣降水或地表水的滲透，其強(qiáng)度指標(biāo)將會(huì)進(jìn)一步惡化，從而使得端幫邊坡發(fā)生片幫甚至于大范圍滑坡的可能性加大，因此要加強(qiáng)邊坡的排水疏干工程，避免大氣降水、地表水入滲到滑坡體內(nèi)，以提高邊坡及弱層強(qiáng)度。

3）加強(qiáng)邊坡維護(hù)。應(yīng)及時(shí)將非幫上部松散巖體進(jìn)行清理，保證邊坡形態(tài)平整，且及時(shí)做好每個(gè)臺(tái)階外緣擋土墻防護(hù)工作。

4）非工作幫邊坡作為首采區(qū)主要邊坡，其向南臨近礦區(qū)排土場(chǎng)，向北直接影響B(tài)8煤層的開采，因此其邊坡的穩(wěn)定在很大程度上直接影響著礦區(qū)的安全生產(chǎn)，因此需對(duì)非幫邊坡進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，推薦采用地面、地下位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5）由于露天礦山生產(chǎn)是個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程，隨著巖層的逐步揭露，將會(huì)出現(xiàn)許多新的情況，因此邊坡變形破壞防治工作也應(yīng)隨著條件的變化而做出相應(yīng)的調(diào)整，從而保證礦山安全高效運(yùn)營(yíng)。

7 結(jié) 論

項(xiàng)目利用極限平衡法對(duì)新疆某露天礦非幫現(xiàn)狀及擬擴(kuò)幫邊坡進(jìn)行了全面、系統(tǒng)地計(jì)算。通過(guò)研究對(duì)非幫邊坡K2—K11剖面擬擴(kuò)幫方案進(jìn)行了參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了“削坡減重”優(yōu)化方案，分別對(duì)1416及其以上平盤向南進(jìn)行擴(kuò)幫，調(diào)整1416以上平盤整體邊坡角，由原24°～28°調(diào)整至21°～23°。通過(guò)對(duì)擬擴(kuò)幫方案的參數(shù)優(yōu)化，將各剖面穩(wěn)定系數(shù)均提高至1.3以上，可滿足礦區(qū)的安全生產(chǎn)。針對(duì)露天礦當(dāng)前情況，提出5條邊坡變形破壞日常防治措施。

［1］ 朱晗迓，馬美玲，尚岳全．順傾向?qū)訝顜r質(zhì)邊坡潰屈破壞分析［J］．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2004（9）：6．

［2］ 楊天鴻，芮勇勤，李連崇，等．順層蠕動(dòng)邊坡變形破壞機(jī)理及穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)分析［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2003（2）：155-161．

［3］ 杜中寧，黨學(xué)亞，盧娜．陜北能源化工基地?zé)儙r的分布特征及水文地質(zhì)意義［J］．地質(zhì)通報(bào)，2008，27（8）：1168-1172．

［4］ 王建國(guó)．礦山邊坡巖體力學(xué)試驗(yàn)與巖體、抗剪強(qiáng)度的確定［M］．北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1993．

［5］ 魏汝龍，張凌，穩(wěn)定分析中的強(qiáng)度指標(biāo)問(wèn)題，巖土工程學(xué)報(bào)，1993（5）．

［6］ 王建國(guó)，王振偉，王來(lái)貴，等．受控于軟弱結(jié)構(gòu)面的礦山軟巖邊坡穩(wěn)定性［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（5）：3．

［7］ 李英俊，唐開杰．哈爾烏素露天煤礦開采工藝簡(jiǎn)析［J］．露天采礦技術(shù)，2006（3）：29-30.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Optimization of slope stability of non-working slope expansion in the Open-pit Mine of Xinjiang

MA Xiyan
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

Based on the study of non-working slope in the Open-pit Mine of Xinjiang,the mine conducts necessary engineering geological survey,and determines the geological conditions of slope engineering and the occurrence of the weak structural plane. The article determines the reasonable mining boundary and slope parameters of the mine by calculation,readjusts the mining state, reduces the invalid stripping,saves the cost of stripping and increases the economic benefit.

non-working slope;slope;stability

TD824.7

B

1671－9816（2017）06－0013－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.004

馬熹焱.新疆某露天礦非工作幫擬擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定性優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（6）：13-15.

2017-01-23

國(guó)家自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目（51274122）；國(guó)家自然科學(xué)基金煤炭聯(lián)合基金資助項(xiàng)目（U1361211）

馬熹焱（1984—），女，遼寧沈陽(yáng)人，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士研究生，從事露天開采安全研究工作。