边坡稳定性分析评价

边坡稳定性分析评价

第一节矿田工程地质条件

一、矿田位置及自然条件

（一）煤田概况及矿田位置

神伊露天煤矿（原神伊露天煤矿（原小柳塔煤矿）），位于东胜煤田准格尔召——新庙详查区的西缘。行政区划隶属于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇。具体位置在乌兰木伦河东岸、紧邻包神铁路巴图塔站。本矿田长1.581km，宽0.762km，面积1.0888km2，其地理坐标为：

东经：110°04′25″～110°05′30″；

北纬：39°27′58″～ 39°28′50″。

2008年9月17日内蒙古自治区国土资源厅颁发的《采矿许可证》证号为1500000730534，批准的矿区范围由4个拐点圈定，开采深度：1184m～1169m。根据矿产资源储量评审备案证明（内国土资储备字〔2004〕319号），煤层实际赋存标高为1146m～1063m。《采矿许可证》中批准的开采深度有误，建议向国土资源管理部门申请调整开采标高。

矿田境界拐点坐标表

表1-1-1

（二）交通

矿田位于包神铁路巴图塔站南约1.5km，北距乌兰木伦

煤矿生活区1.2km，南距乌兰木伦镇约30km。从本矿向南2km 可至巴苏公路，经巴苏公路12.3km与包府公路相接；向西可经阿大公路至伊旗政府所在地阿镇。交通较为便利。

矿区交通位置见图1-1-1。

二、矿田开发历史及现状

神伊露天煤矿（原小柳塔煤矿）始建于1993年,1994年正式投产，建有一对主副井。主副井落入2-2中煤层底板后建井底车场。原计划先采2-1中煤层，因掘进中发现煤层厚度仅1.20m，且第四系散松冲积层厚度超过22m，含水极易坍塌，2-1中顶板及上覆直罗组厚度小于20m，其中砂岩为泥质胶结也较疏松，泥岩遇水易软化，考虑到安全生产，2-1中煤层一直未开采，将井筒直接送至2-2中煤层。现2-2中煤层矿田东部采空，其上部2-2中煤层煤层只进行了小范围的开采，现位于2-2中煤层采空区上部的2-2上煤层因处于蹬空而不能进行开采。原矿井开拓方式为区段前进，工作面后退式，规模仅4～5×104t/年。初期为残柱式支护，且因顶板遇水软化、坍塌，而采取初期为残柱式支护，房柱式开采规模仅4～5×104t/年。

矿井在生产过程中未发现涌水、突水，未发生过瓦斯、煤尘爆炸事故，同时未发现有底鼓现象。

2014投入生产至今，目前主要生产设施、辅助生产设施、生活设施满足生产需要。

三、矿田所在地经济发展状况

本区位于伊金霍洛旗境内，区域内人口稀少，居民居住分散，劳动力相对贫乏。地方经济以种植业为主，畜牧业、养殖业为辅，自然环境恶劣，经济基础十分薄弱。煤炭开发

是区域内主要经济来源，近几年来随着全国煤炭市场的逐渐好转，煤炭开发带动乡镇工、商业快速发展，使当地的投资环境大大改善，道路建设及电力、通信设施的配套已初具规模，煤炭行业兴起为地方经济的发展起到了极大的推动作用。

第三节地形地貌水文气象

一、自然条件

1、地貌及水文

（1）地貌

神伊露天煤矿（原小柳塔煤矿）位于乌兰木伦河东侧的河漫滩及Ⅰ～Ⅱ级阶地，总体呈东北高西南低，最高点位于矿田东北部，海拔标高1182m，最低点位于西南部乌兰木伦河岸边，海拔标高1155m，最大标高差27m，地形较为平坦。区内植被稀少，属荒漠——半荒漠地区。

（2）地表水系

神伊露天煤矿（原小柳塔煤矿）位于乌兰木伦河东侧的河漫滩及I～II级阶地。乌兰木伦河发源于伊旗新庙乡杨家壕，流至陕西省神木县罗峪口汇入黄河，全长228km，平均流量4.3m3/s，年径流量13560万立方米，年输砂量1740×104t。本矿区位于乌兰木伦河中上游，旱季流量为1.567 m3/s, 雨季洪水暴发水量很大，水流急含沙量大，1989年洪水流量曾达到13900m3/s（石圪台断面），洪水暴发时，曾淹没几个露天矿和矿井。

矿田呈东北高西南低，最高点位于矿田东北部，最低点位于西南部乌兰木伦河岸边，乌兰木伦河从矿田西侧自NW 向SE流往该区，常年流水，雨季暴雨过后可形成洪流，据调查最高洪水位可高出河漫滩0.5m以上。

2、气象

（1）气温

矿田及周边属半沙漠、半干旱高原大陆性气候，阳光辐射强烈、日照丰富，冬季寒冷漫长，夏季炎热短暂，春季少雨多风。昼夜温差较大。据伊金霍洛旗气象站资料，年平均气温6.2℃，最高36.6℃（1975年7月22日），最低-29.6℃（1961年2月11日）。

（2）降水

年平均降水量350 mm，多集中于7、8、9三个月内，年平均蒸发量2492.1mm，为年平均降水量的7倍。

（3）风

冬春季节多刮西北风，夏秋季节多刮东南风，平均风速3.2m/s，最大风力8级，最大风速达24m/s，常可形成扬沙或沙尘天气。

（4）冻结期

年10月至翌年4月为冻结期，最大冻土深度1.5m。

3、地震

根据《中国地震动参数区划图》地震动峰值加速度(g)为0.05，比照《中国地震烈度区划图（1990）》对照烈度为6度。

据了解本区历史上无破坏性地震发生的记载。区内无泥石流、滑坡及塌陷等不良地质灾害现象发生。

第二章边坡稳定性计算

第一节采掘场边坡稳定

一、计算方法

1、滑坡模式

矿田开采地层上部为黄土层，一般为5～20m ；其中部为1～3°倾角的近水平岩层，无较明显的层理倾向，且开采范围内无断层；根据现有的工程地质资料，在采掘场未发现明显的弱层。因此，本设计假想滑动模式为圆弧滑动和圆弧直线滑动。

2、计算方法

边坡稳定与内摩擦系数，凝聚力、边坡岩性构成、分布、地下水位等诸多因素有关，只能通过预想与计算逼近值求解。

本设计采用Bishop 法进行计算，采用推力法进行验算，计算基础为假想滑动模式为圆弧滑动和圆弧直线滑动。

数学模型如下： F=∑∑++Q Z F Y X )/1/(

式 中：

X=〔Ci+（rhi-rW ·hWi ）tg φi 〕△Xi/cos αi Y=tg αi ·tg φi

Z=rhi △Xi ·Sin αi Q=21

rw ·Z2·α/R

必须满足条件：

（1）δ′=0/1/?+'-?-?F Y F tg c h r h r i wi w i α

（2）cos（1+Y/F）＞0.2

式中：

F——稳定系数；

Ci——瞬时粘结力；

r——岩石容重；

hi——条块高度；

rW——水容重；

hwi——水位高；

Φi——瞬时内摩擦角；

△Xi——条块宽度；

αi——条块底面倾角；

Q——张裂隙水的水平作用力；

δ′——有效正压力。

二、采掘场边坡稳定性分析

神伊煤矿虽然经过实际灭火工程为边坡做了佐证，但是相对边坡稳定性分析来说还是远远不够的。随着矿山的不断开采，采深不断加大，其内部工程地质条件、水文地质条件、岩层赋存状态等也逐渐地被揭露出来，此时就得根据其具体的工程地质情况来确定各采区的边坡角是否合理。

依据《煤矿生产地质报告》及现场的了解，开采范围内地质条件基本相同，只是随着工程的发展的开采深度不同。

三、计算数据选择

1、采场边坡稳定取决于岩体强度，而岩体强度取决于岩块强度。

2、矿田缺乏工程地质资料，且无针对露天矿边坡稳定的分析，该矿原为矿井开采，所以没有边坡方面资料，缺少抗剪强度两项指标及岩体容重。

根据以上分析情况，针对不同的边坡分区提供相应的岩石物理力学参数。本露天煤矿有关岩石物理力学指标的选取，由于地质报告中资料所提供的每个钻孔的岩石物理力学性质满足不了分区提供岩石物理力学参数因此仅根据现有提供的地质资料，选定一定的岩石物理力学参数进行稳定性分析。根据报告提供有限资料与类似矿山经验统计岩石力学指标见表2-2-1。

岩石力学指标统计表表2-2-1

3、岩体抗剪强度指标确定

边帮岩体抗剪强度，一般情况要小于岩块抗剪强度，用减弱系数来表示。岩体中的结构面抗剪强度要比非结构面位

置减小许多，煤矿沉积岩层不同于火成岩的金属矿山等非煤矿地层，煤矿的岩层构造结构面从大到小为：大到断层，一般为层理面，小到节理、裂隙等。

抗剪强度中有两项主要指标，其中“凝聚力”指标受影响极大，以减弱系数表示。

岩层、煤层凝聚力减弱系数取值如下：

（1）对于长期暴露，3年（3冬冻涨、3夏充水矿化、充填、震动、应力释放）以上的边坡岩体，断裂和节理裂隙发育区，减弱系数取值为0.045。

（2）对于刚刚揭露的工作帮台阶，存在半年左右（未经冬夏），考虑原来在地层中受黄土接触面风化影响的上部岩层（20m范围内），减弱系数取值为0.2；考虑原来赋存深部非风化带，减弱系数取值为0.3。

（3）对于黄土、暂不考虑岩体凝聚力减弱系数。

四、采掘场边坡稳定计算

本次设计分析中，对于实体部分，边坡轮廓是直线，在实际生产过程中，应根据实际情况进行验算和检验。设计以端帮帮坡角做为采场边坡稳定计算的目标，计算在什么角度的边坡条件下，端帮和工作帮的稳定系数。其计算方法采用Bishop法。

采掘场边坡稳定计算选取最大开采高度为80m，根据本矿边界开采深度的不同需对40m、80m、高度的边坡进行计算，

由于本矿边界的大部分边坡在开采过程中在短期内将被内排土均覆盖，故综合考虑，设计确定边帮高度以最大开采高度80进行计算。根据计算分析可知：

当端帮深度为40m时，在整体边坡角小于39°情况下，稳定系数为1.316，稳定系数不小于1.30，选择的最终稳定帮坡角为39°。

当端帮深度为80m时，在整体边坡角小于38°情况下，稳定系数为1.309，控制稳定系数不小于1.30，选择的最终稳定帮坡角为38°。

边坡角与稳定系数关系见图2-2-2。

图2-2-2

矿田内有采空区、火区的存在成为边坡稳定的重大影响因素之一，另外本矿的工程地质及水文地质资料存在不足；

故在露天矿的建设过程中，应多注意收集、整理邻近矿山或相似地质条件矿山开采的边坡管理经验，在生产中应加强对边坡变形和破坏状态的监测，并采取相应措施，必要时通过专门的分析和治理方案设计来调整边坡角度，以利生产安全进行。

五、存在问题和意见

1. 高度重视露天矿边坡管理工作，建立健全边坡安全管理机构制度。制定各种可能发生的边坡、滑坡事故处理预案。

2. 注意采空区对边坡稳定性影响，剥采生产应严格按照设计给出的边坡角留设安全平台，严禁越采超挖。

3. 建议进行对露天矿排土场基底及地表的承载力测试，保证设计时对外排土场和内排土场采取基底加固措施，保证排土场的安全。

4. 露天矿山应用控制爆破技术可减少爆破对最终边坡和台阶的不良影响。从而提高边坡稳定性。

第二节排土场边坡稳定

一、影响排土场边坡稳定性的主要因素

1、排土工艺和排弃高度；

2、排弃物的物理力学性质；

3、排土场基底的强度及倾斜度；

4、大气降水和冰雪融化会渗入排土场，使排弃物软化，

产生静水和渗流水压力，引起滑坡。

5、其它外在因素。

二、排土场边坡稳定

排土场由土沙和岩石混合物料排弃而成，排弃的土沙、岩石在台阶上分层不明显，松散体又经压实产生再生凝聚力，滑坡模式也是上部垂直裂缝，下部呈圆弧面。

由于排土场条件与采场相似，故亦采用Bishop法。排土场边坡计算条件如下：

1、外排土场

土岩混合物料，岩多土少，松散系数长期为1.05～1.1，中期为1.1～1.15，暂按1.15考虑，容重为1.89t/m3。

本矿无基岩分界线，无法计算土岩比例，从地质地形图上看出，山顶、山坡上仅有第四系黄土，故生产时，山顶土量较多，山谷土量较少。混合物料再生凝聚力取0.5t/m3，内摩擦角选定30°。

2、内排土场

内排土场基底以泥岩为主，强度较高。但要以低洼处积水的不利假设为依据较为可靠，内摩擦角定为22°，凝聚力定为40KPa，也即弱层指标，较为稳妥。

3、滑动模式为圆弧滑动。

4、基底以有残余水存在计算。

经计算，内排土场排弃高度达50m时，最终边坡角为22°

时，稳定系数K＝1.272。可以看出，排土场在已选取工艺开采参数前提下，边坡相对保持稳定。

同采场一样，在本矿进行进一步的边坡工程地质勘探工作后，根据具体条件对上述露天矿边坡角进行修正。在生产中要对排土场的基底及周边塌陷区进行长期监测，并建立边坡监测系统对边坡变形及破坏和地表水流进行监测、防止发生不良工程地质现象。

三、边坡管理

1、在排土场建设时，基底应尽量排弃大块的、坚硬的、遇水不易泥化的物料，并要从沟谷的源头开始排弃；沿山坡自然地形排弃时，在沟底修筑挡土堤，做到不破坏原有的泄水通道，保持基底畅通。采取这些工程措施后，外排土场边坡稳定有了可靠保证。为了少占地，减少对环境的破坏，应尽快实施内排。内排土场生产时要留足一定的安全距离，并注意工作面反坡的留设。

2、建立完善的采场和排土场边坡防排水系统，在采掘场和排土场边坡形成期间和形成之后，应设立RTK监测系统定期监测边坡的位移变形情况。

3、本区10月至翌年4月为冻结期，最大冻土深1.5m，要加强开春冻土融化边坡稳定的监测。

第三节边坡监测

边坡稳定性研究工作不可能一次完成，而应贯穿于服务

年限全过程。因此，生产中应根据实际及时测定排弃物料的物理力学指标，计算边坡角和稳定系数，必要时可通过调整工作面宽度来调整工作帮边坡角，保证安全生产。

边坡稳定的监测是防止滑坡和预报滑坡的重要手段，有助于安全生产。

监测方法可根据不同边坡条件及不同时期分阶段监测。

1、监测方法

针对神伊煤矿内的实际情况，各采内的非工作帮和端帮存在时间并不长，因此设计仅对地面位移监测做出监测方案和监测网。

（1）地面位移监测

地面位移监测的方法很多，如光学仪器监测、钻孔伸长计监测、倾斜监测、RTK监测等，设计采用智能全站仪光学仪器监测法(固定误差单位为：mm)。

（2）监测点的布设与监测

该矿山地表位移监测点布设在包括采场、排土场的非工作帮的平盘和地表等在内的所有面积，监测线间距100m，监测点间距50~60m。

（3）地表位移监测结果及分析

将各监测点的x,y,z坐标输入到地质与地表测量沉陷数据库系统中,可得到点的变形曲线,得出典型监测点位移变形随时间变化曲线，然后分析所有监测点地表的位移监测数

据及位移变形曲线，综合比较未开采区域的各测点的水平方向的位移量和垂直方向的位移量；当形成一定的采坑后，观测采区内各测点的累积位移量（水平位移量、垂直方向上的位移量），得出一定的结论并形成边坡观测报告。

（4）边坡工程监测周期与频率

正常情况下，在爆破阶段完成后监测以地表及地下位移为主，爆破阶段：1次/1-2天，每次爆破后监测1次；施工阶段：1-2次/周；运营阶段：1次/2月，雨季：1次/2月；变形量增大和变形速率加快时加大监测频次。

2、监测设备

监测设备包括：一台RTK和配套的计算机，及边坡稳定监测数据处理与分析软件一套。