由皮里青露天煤矿分析露天矿的边坡稳定性

　　摘要:本文从露天矿的地质情况、边坡位移监测、滑坡预防与治理几个方面，分析了其边坡稳定性。

　　关键词:边坡,稳定性

　　1.引言

　　露天矿山在开挖过程中形成高陡边坡，由于原有的平衡状态被破化，岩体应力将发生重分布，极易导致边坡变形失稳。露天矿的边坡稳定性不仅对露天矿的安全有着紧密的联系,而且与露天矿的经济效益密切相关。对于露天矿来说,边坡稳定性不是越高越好,应根据“既经济又安全”的原则确定合理的边坡角。如果边坡稳定性过高,虽然可以保证生产的安全,但会使剥采比增大而增加生产成本,影响矿山的经济效益;相反,如果边坡稳定性过低,边坡将出现失稳现象,为了保证安全生产,是必要对边坡进行加固或采取其它工程措施,这不仅会影响正常的生产,而且也会增加投入,使生产成本上升,降低经济效益。只有根据露天矿的工程地质和水文地质情况确定一个合理的边坡角,才能既保证安全、又不影响生产,而且不会额外增加生产成本,做到“既经济又安全”。

　　2.露天矿边坡稳定性研究

　　露天矿边坡稳定性研究主要包括边坡稳定性计算、边坡位移监测和滑坡预防与治理等。以新疆伊犁皮里青露天煤矿为例，在生产阶段对边坡稳定性研究分析。

　　2.1边坡稳定性计算

　　2.1.1地质情况

　　皮里青露天煤矿属剥蚀低山丘陵地貌，海拔标高816～960m，相对高差144m。露天采场东部为梁状地形，接近梁脊;西部为皮里青河床阶地，地形较平坦;整体呈向西倾斜的斜坡，东高西低，北高南低。皮里青露天矿自1995年建矿以来，发生1次滑坡，位置在矿坑北侧F9断层破碎带上，经过北帮上部三个台阶的削坡卸载，现基本保持稳定。

　　在露天矿生产过程中越来越多的地层被揭露出来，在更大的范围、更多的空间获取更多、更准确的岩层参数和岩土物理力学参数，对边坡进行稳定性分析，并根据计算结果对原来设计的边坡角进行适当的调整，使调整后的边坡角满足“既经济又安全”的原则。

　　矿田内主要有第四系松散岩类和侏罗系沉积碎屑岩类，前者为松散岩组，后者为软质岩组(饱和单轴极限抗压强度小于30Mpa为软质岩石，其中饱和单轴极限抗压强度大于5.0Mpa为次软岩石，小于5.0Mpa为极软岩石)。计算数据的选取以本报告为主，并参考以往的经验数据综合确定。

　　2.1.2、选择适宜各分区边坡稳定分析的计算方法

　　1.预想滑动模式及计算方式的选择

　　皮里青露天矿边坡煤岩互杂，滑坡模式有可能是纯圆弧滑动，也可能是圆弧直线滑坡，依据该矿煤岩的赋存规律，推测可能的采场边帮滑坡模式：

　　① 圆弧滑坡模式

　　破裂面贯通所有地层，形成圆弧状的滑坡模式。

　　② 圆弧-折线滑坡模式

　　破裂面贯通所有地层，上部为圆弧切层，下部沿层面滑出。

　　不同部位的边坡破坏模式与组成边坡的岩性、强度和产状有关，可能的破坏模式只能通过具体的计算分析来说明。边坡的稳定性为上述滑坡模式中稳定系数最小的一种。

　　2.边坡稳定分析的计算方法

　　露天矿边坡稳定评价指标采用安全系数法，计算采用毕肖普法和瑞典条分法，其边坡计算参数见图2-1-2。

　　Wi土条i的天然重量;

　　qi土条i上作用荷载的平均集度;

　　ci、i土条i底端所在土层的粘聚力和内摩擦角，采用总应力指标。

　　sc为点x,s(x)处的竖向应力，等于坡面上x处的荷载集度q与点x，s(x)处自重应力之和;

　　c、为土层中点x,s(x)处的粘聚力和内摩擦角，采用总应力指标。

　　2.毕肖普法

　　2.1.3、分析计算结果

　　1.台阶坡面角

　　组成本区未来边坡的是以软岩类为主的岩体，结合露天矿的现状和经验，本区松散层台阶坡面角确定为50°，岩石台阶坡面角确定为65°，煤台阶坡面角确定为70°左右。

　　2.边坡稳定计算

　　按照矿山最终位置，见图2-1-3，设计依据3-3、4-4、纵1-1三个地质剖面，分别对露天南部、北部、东部、西部边帮进行稳定分析计算。

　　露天矿南部最终境界以3-3地质剖面为计算剖面，当帮坡角35°时，总边坡高度为254.90m，最不利滑动面应计算滑动安全系数为1.127。

　　露天矿北部最终境界以4-4地质剖面为计算剖面，总边坡高度为189.25m，当帮坡角35°时，最不利滑动面应计算滑动安全系数为1.251。

　　露天矿东部最终境界以纵1-1地质剖面为计算剖面，当帮坡角35°时，总边坡高度为130.41m，最不利滑动面应计算滑动安全系数为1.406。

　　露天矿西部最终境界以3-3地质剖面北部为计算剖面，考虑上部砂砾层渗透力作用，当下部煤岩(95m)帮坡角40°时，上部砂砾层和松散层(19m)25°时，总边坡高度为114m，最不利滑动面应计算滑动安全系数为1.320。

　　从上计算可知，露天矿边帮取35°时，河谷阶地松散砂砾层取25°时，其稳定系数在1.12～1.4左右。

　　皮里青露天煤矿为已经生产多年的的矿山，实际最终边坡角度为30°，边坡稳定。本矿区的地层倾向有利于最终边坡，边坡含水量小，边坡服务年限短，边坡角可以提高至35°，以减少露天矿剥离量，提高露天开采的经济效益。

　　2.2边坡位移监测

　　露天煤矿边坡的位移监测是为了了解边坡的稳定程度，为边坡治理提供依据或对滑坡进行预报。地面位移监测通过使用测量仪器(GPS-RTK);对于小范围的、局部的地表位移用铟钢尺伸长计进行观测。大面积的地表位移监测可以圈定露天矿边坡的稳定区域和不稳定区域。对于不稳定区域，通过加密监测网点，可以圈定滑动的方向、滑动面形状和大致位置。主要是在采场帮坡上建立观测线，布设监测点，定期观测监测点有无位移。

　　2.3滑坡预防与治理

　　对于露天矿山，没有滑坡的边坡设计不是最合理的设计，只有允许出现一定的滑坡，并使露天矿获得最大的经济效益的边坡设计才是合理的。滑坡预防是露天矿生产过程中的经常性工作，但预防不可能完全消除滑坡，就需要对滑坡进行治理。加强边坡的监测和分析，在出现滑坡征兆时，根据不同的滑坡类型、地质条件、影响范围、防治目的等多种因素综合考虑，有针对性的采取排水、支挡护、加固等措施，达到治理或预防的目的。

　　露天矿的滑坡应做到早发现、早治理。并且要根治，不留后患。矿坑周边修筑防洪堤坝，开挖截水沟，防止洪水涌入矿坑冲刷边坡及淹没矿坑，同时，也防止洪水渗入地下，降低边坡的稳定性。非工作帮、端帮和到界台阶，浮煤要清理干净，边帮露头煤应加以封盖和采取其它防止风化的措施。滑坡治理务求彻底，在治理过程中发现边坡基本稳定了，原来的加固工程也不能完全减掉。未经完全加固的边坡虽然可以保持暂时的稳定，但极容易再次出现滑动，此时即使将原来设计的加固工程全部施工完成，也难达到稳定性的要求，往往要再增加加固工程的数量，才能使滑坡最终稳定下来。

　　3 结语

　　边坡稳定性研究在生产露天中不仅与露天矿山的安全有关，也与露天矿的经济效益密切相关。因此生产露天矿应该重视边坡稳定性的研究，以使露天矿获得最佳的经济效益，尤其是具有较高边坡的露天矿更应该如此。

　　参考文献：

　　[1]舒继森.浅谈生产露天矿的边坡稳定性研究.露天采矿技术,2005,5:40

　　[2]杨俊明,山体滑坡治理方法. 露天采矿技术,2005,5:35

　　本文选自《能源与节能》。  《能源与节能》创刊于1996年，本刊坚持科学发展观，关注我国能源经济现象，报道能源与节能领域最新科研成果，探求我国该领域的方针、政策和发展战略，积极普及节能知识。同时为从事教学、管理、科研、以及广大一线工作的技术人员就能源、环保及节能等相关问题提供了一个政策研讨、理论交流及节能和环保等新技术推广的平台。
 

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