内蒙古荣兴西来峰露天煤矿边坡稳定性研究
露天矿边坡稳定性监测与滑坡应急处理
露天矿边坡稳定性监测与滑坡应急处理露天矿边坡的稳定性是一个重要的安全问题，在矿山开展工作过程中需要经常进行监测和应急处理。
本文将介绍露天矿边坡稳定性的监测方法和滑坡应急处理方案。
一、边坡稳定性监测边坡稳定性监测是预防和控制滑坡发生的重要手段。
下面将介绍几种常见的边坡稳定性监测方法。
1. 定点观测法定点观测法是在固定的监测点上进行边坡的定期观测和测量，通过对比观测数据的变化，来判断边坡的稳定性。
常用的监测指标包括位移、裂缝变形等。
2. 动态监测法动态监测法利用连续测量设备对边坡进行实时监测。
通过安装位移仪、压力计、倾角计等设备，可以实时记录边坡的变化情况，并进行数据分析，早期发现边坡的不稳定性。
3. 遥感监测法遥感监测法利用卫星遥感技术或无人机航拍技术，对矿山边坡进行大范围的监测。
通过对边坡影像数据的分析和比对，可以获取边坡的变形情况，及时预警滑坡的发生。
二、滑坡应急处理方案当边坡出现不稳定迹象或滑坡发生时，需要及时采取应急处理措施，以保障人员和设备的安全。
下面将介绍几种常见的滑坡应急处理方案。
1. 避免人员和设备伤亡在滑坡发生后，首要任务是确保人员和设备的安全。
及时疏散人员、撤离设备，并封锁滑坡区域，防止二次灾害的发生。
2. 减轻滑坡影响通过加固边坡、减轻坡体荷载等工程措施，以及疏浚排水系统，降低坡体的含水量，减轻滑坡的影响。
3. 治理滑坡体滑坡体的治理是重要的任务。
可以采用除险加固、爆破抛填、挡土墙修复等手段，对滑坡体进行修复和加固，恢复边坡的稳定性。
4. 加强监测与预警在应急处理过程中，需要持续加强对边坡的监测和预警。
及时跟踪边坡的变化情况，预测滑坡的发生可能性，并采取措施避免次生灾害。
结语露天矿边坡稳定性的监测与应急处理是矿山安全工作的重要环节，通过合理选择监测方法和灵活应用应急处理方案，可以保障人员和设备的安全，减少矿山事故的发生概率。
同时，还需要持续加强矿山安全管理，提高事前预防和应急处理的能力，为矿山的可持续发展提供有力保障。
露天煤矿边坡稳定性验算
xxxxxxxxx公司露天煤矿边坡稳定性验算编制：审核：批准：二〇二〇年五月边坡稳定性验算按照《煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法》的相关规定，xxxxx公司采运部技术人员于2020年5月初对露天煤矿进行边坡稳定性验算。
以2020年4月底现状为基础，对露天煤矿工作帮、内排土场、西南排土场、东一排土场、非工作帮的边坡进行验算。
一、露天煤矿边坡现状介绍xxxxx煤矿目前形成的边坡包括工作帮、内排土场、西南排土场、东一排土场、非工作帮。
工作帮：目前工作帮平均长度为 1.8km，工作帮年推进度较大，边坡暴露时间较短。
黄土台阶高度为8m，台阶坡面角为65°；岩石台阶和煤台阶高度为16m，台阶坡面角为70°。
上部台阶主要为第四系黄土、风积沙和第三系钙质红土，下部台阶主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和粗砂岩，地质结构简单。
内排土场：内排土场形成标高为1048、1080、1112、1128、1144、1160、1176、1192八个排土台阶，内排土场台阶坡面角为33°，岩性大致为下部岩石上部黄土。
内排土场单台阶平盘较宽，总体边坡角较缓。
西南排土场：西南排土场北侧紧邻罐子沟煤矿工业场地，南侧紧邻采场，边坡稳定至关重要。
西南排土场最高标高为1280m，单台阶高度为20m，台阶坡面角为33°。
影响西南排土场边坡稳定的主要因素为地表水以及渗入排弃土岩中的大气降水。
东一排土场：2015年东一排土场已排土到界，东一排土场北侧紧邻油库、炸药库，西南侧靠近罐子沟河道（黄河重要支流）。
东一排土场最高标高为1235m，单台阶高度为20m，台阶坡面角为33°。
影响东一排土场边坡稳定的主要因素为地表水以及渗入排弃土岩中的大气降水。
非工作帮：非工作帮为首采区拉沟位置处，服务于整个首采区开采期内，边坡暴露时间十几年。
目前使用的罐子沟排洪渠位于非工作帮南侧，非工作帮边坡管理意义重大。
二、露天煤矿剖面选取在首采区工作帮、内排土场、西南排土场及东一排土场布设了20个稳定分析剖面。
露天煤矿边坡稳定性分析及治理措施
（ ３）对于 一些 浅层 的滑坡可 以采用 重力 式抗滑 的挡墙 整 治 ，这样 就能进一 步的加强墙身 的抗剪力 ，并且 可 以将地基 做 成倒坡 ，避免进一步 的滑坡 。 （ ４） 在 一些 规模 庞大 ，难 以整 治的滑坡 ，就直接采取 绕避 的措施 ，等到形成地势平坦的边坡后再进行整治。 ２ ． ２ 针对 于人为的 因素造成边坡稳定 性失稳的 问题可能 出现 这样的情况 ： （ １ ）由于人 为因素造成 的边坡稳定性失去作用 的 ，例如 由 于露天煤矿 的开挖不正 确的 ，导致前缘 失稳 的牵 引式 滑坡 ，这 种 情况发生想 要补救 的方式 就是在前缘 部分修建石垛 ，通过石 垛 来增加反作 用力 ，在抗 滑部分不断地增 加土重 ，在这 种作用 力 下 ，使得 滑坡 能够 相对稳定下来并达 到一个新 的平衡 。 （ ２）可 以利用。 Ｉ ： 具来加 固防滑措施 ，能够给滑坡体上加一 些设施 ，例如设 置一些排锚 索 ，将锚 吲定 在滑动面 以下 的相对 稳定 的地层 中 ，再 地面上用梁 或者是墩作 为反 作用力 的装 置给 滑体施加预应力来稳定滑坡 。 针 对露 天煤矿边 坡稳定性 问题 ，以上 的措 施都是有效 的 ， 但是将其结合起来一起使用就能够取得更加显著 的效果 。 ３ 露天 煤矿边坡 的治理 中加 固措施注意事项 边坡稳 定性 的治理分为两个 部分 ，一个是 预防 ，另一 个是 治理 。在露天煤 开采的初期就 可能出现这种不 稳定的状况 ，它 是 南于岩块 的稳定 性不强 ，导致 内部结构 的不 稳定 。边坡 治理 南于情 况不一样那 么措施也是不 一致 的，对 于预防性 的更 多的 是考虑 边坡受到破 坏的原 因和产 生的条件是什 么 ，并且要对 这 样 的造 成的风险作 评 估 ，这些要 根据边坡 的角度预测和评价 来决定 。 采取加 阎的措施来 消除或是减少边 坡稳定性失 稳的情况 ， 这是在露 天情况下能够 进行 的一些简 单的边坡治理 和预防破坏 的措施 。对 于这些低等 或者是 中等 的边 坡稳定性不好 的露天煤 矿 可 以采 用 这 样 的 方 式 ，这 样 既 能 减 少破 坏 的程 度 ，而 且 相 对 经 济适用 ，又能防止进 一步的边坡 的稳 定性下 降 ，导致灾害 的 情 况发 生 。 ４ 总结 综 上所述 ：目前的露天煤矿 边坡 的稳 定性 的治理是 一项非 常 复杂 的技术 工程 ，施工相 当的 闲难 ，且在治理过程 中需要考 虑 的因素较 多 ，例如生态 问题 、环境污染 、资源 的可持 续发展 等 。不过现在 的科学技术越来越 发达 ，随着 各项技术 的发展不 断完 善 ，对边坡 加 同防治 的措施 也越来越科 学化和合理化 ，不 再是 捉襟见肘 的没有选择 。总之 ，想要加 强边 坡的稳定性 ，就 必须要 考虑到综合 治理 的原则 ，上面提 出的几种方法能够在 一 定程度 上有效 的控制边坡稳定性 问题 ，希 望能够对相关从 业人 员一定程度 上的启示 与帮助 。
露天矿边坡稳定性与岩体参数敏感性研究
图 1 露天矿西北帮边坡
Fig. 1 The northwest slope of open-pit
该边坡长期自然暴露，受风吹、日晒、雨水冲刷等 基岩，将进一步加剧边坡的不稳定状况。
自然营力作用，造成坡体表层岩体结构松散、强度降
( 3) 工业广场的西部和东北角已形成两个上、下
低，随时可能出现局部边坡塌滑，对边坡底部工业广 贯通的滑体通道，它们均处于自然状态而未作任何处
1808
煤炭学报
2011 年第 36 卷
析中具有不可替代的作用。采用极限平衡法分析边 坡稳定性，需要考虑以下 3 个关键问题:
( 1) 岩土体与水力学参数的合理选取。岩土体 的物理力学参数的选取是边坡稳定性分析与边坡加 固设计的基础和关键问题，应该根据现场勘探资料和 室内试验，并综合考虑边坡施工特性等因素，分别采 用 RMR 法和 BQ 法对边坡岩体质量进行分级评判， 同时选用几种较通用和成熟的方法综合评判，以得到 合理取值［8］。 一 般 情 况 下，水 力 学 参 数 的 选 取 应 结 合本地区的降雨情况，同时考虑静水压力和渗透压力 的作用，来找出最危险的水压力组合［9］。
律，提出了相应的加固措施。结果表明: 采用路径搜索方法确定边坡最危险滑动面时，滑动面随机
搜索次数不小于 600 次、滑体条分块数不小于 20 块为宜; 计算方法宜同时满足力和力矩平衡。经
过计算和分析，该边坡存在滑坡的可能，最危险滑动面穿过坡脚 9 号煤层，建议对坡脚进行重点加
固。9 号煤层的黏聚力和内摩擦角及边坡上部粉砂岩 1 容重和边坡下部页岩 2 容重等岩体参数的
第 11 期
王旭春等: 露天矿边坡稳定性与岩体参数敏感性研究
1807
seam and bulk density of No. 2 shale，which can effectively improve the slope stability． Key words: open-pit mine slope; stability; parameters sensitivity; limit equilibrium method; path search method; slope reinforcement
露天矿排土场边坡稳定性分析与评价
露天矿排土场边坡稳定性分析与评价摘要对边坡稳定性的分析是土木工程学科中的一项重要研究课题，分析的方法也包含多种。
本文在对边坡稳定性分析的基础之上，对各种工况下露头矿排土场边坡的稳定性进行分析和评价，旨在为排土场边坡的综合管理提供可参考的依据。
关键词露头矿；排土场；边坡稳定性；分析；评价露天矿排土场边坡因为地形地貌和地质结构的原因，加上自然灾害的影响，很容易发生危险性较大的地质灾害。
随着对矿产资源的开发，露头开采的不断进行，使露天矿排土场的边坡日渐高陡，对于边坡稳定性的重视度逐渐提高，边坡稳定性的分析研究成为了岩土工程和土木工程学科方面专家普遍关心的重要课题。
对于排土场边坡稳定性的分析，国内外已经有多种方法，在实际应用中被广泛的使用和推广。
排土场的边坡同岩质边坡比较起来本质上有很大的区别，同其它的自然坡体也有很大的差异，符合自身条件特点的稳定性分析方法还有待于开发和发展。
排土场边坡出现滑坡等灾害情况受多方面的不确定因素的影响，所以传统的稳定性分析方法结果的准确度也不够理想。
目前对露天矿排土场边坡稳定性的分析方法都建立在假设的基础之上，其分析结果有明显的误差存在。
本文针对这个问题，以实际工程为分析基础，将多种分析方法结合，整理出关于排土场边坡稳定性分析的更加适合的方法，以便于在实际的工作中加以应用。
1排土场边坡稳定性影响因素及滑坡的主要模式1.1 排土场边坡稳定性的影响因素露天矿排土场边坡的稳定性受多方面因素的影响，归纳起来可分为外在因素和内在因素两大类型。
外在影响因素主要包括水、工程以及外部振动等因素的影响作用；内在因素主要包括边坡的土质、结构以及地应力等影响作用。
外在因素的变化要比内在因素快很多，但是外在因素对边坡稳定性的破坏要通过内在因素来发挥作用，也就是说只用内在因素和外在因素两方面相结合发挥综合作用，才导致排土场边坡发生变形乃至破坏。
1.2 排土场边坡滑坡的主要模式排土场边坡滑坡主要有以下三种模式：1）边坡内部滑坡。
露天矿山边坡稳定性研究
露天矿山边坡稳定性研究摘要：随着我国基础建设的大力发展，水泥及砂石料的需求量一路攀升，市场竞争日趋激烈的今天，为实现资源的充分利用，矿山边坡问题日益突出。
边坡稳定性不仅影响矿山的自身稳定和安全，而且直接影响开采成本。
因此，对边坡稳定性的分析就显得格外重要，它为矿山的安全开采、资源充分利用提供科学的依据。
关键词：露天；矿山；稳定性；分析前言石灰石矿山普遍为露天矿开采，共性的问题是随着深度的加深和开采范围的扩大，加上复杂的工程地质条件、水文地质条件及爆破的影响，必然引起边坡的位移，位移的大小直接反映了边坡的稳定程度。
露天矿边坡在其服务年限内的稳定性，-直是矿业生产部门及地质人员最为关心的课题。
因为它不仅直接关系到作业人员及设备的安全，同时也影响着生产的顺利进行。
为此，对边坡进行破坏模式和边坡稳定性计算分析，确定边坡角的推荐值成为矿山开采工作的首要任务。
云南永保特种水泥有限责任公司金山分公司石灰石矿山，许可开采标高介于2500~2916m，高差为416m，为高边坡，边坡的危害等级为Ⅲ级，边坡安全等级为Ⅱ级。
稳定性分析采用收集资料、工程地质测绘、工程地质钻探、原位测试、三维地形测量等手段，通过不平衡推力传递系数法校核萨尔玛法得到的边坡稳定系数，按正交试验法进行边坡最优边坡角的选取。
1项目概况矿山位于丽江古城西南水泥有限公司厂区北侧，地理坐标北纬26°58′02″～26°58′34″、东经100°20′32″～100°21′01″。
开采方式为露天开采，采矿方法采用浅孔爆破。
依据设计，台阶高度15m，最小工作平盘宽度45m、最小工作线长度90m、台阶坡面角50°、55°、60°、采场内运输平台宽度9.5m、安全平台宽度4.0m，清扫平台宽度6m。
2勘察方法及手段云南永保特种水泥有限责任公司金山分公司石灰石矿山边坡勘察工作主要采取了如下的勘察方法及勘察手段：2.1收集资料搜集和研究了场地区域地质、地震资料及场地已有的工程勘察、设计技术资料。
露天矿边坡稳定性的安全因素及防治策略试析
露天矿边坡稳定性的安全因素及防治策略试析摘要：我国目前露天矿的开采，逐渐进入到了白热化的阶段，边坡稳定是露天矿开采过程当中不可缺失的重要安全因素，稳定的控制技术也是不可忽视的，露天矿的边坡一旦变形，那么就会造成非常严重的后果。
因为露天矿在建设的过程当中，难免会遇到很多复杂的因素，导致其出现不稳定性，所以对于露天矿边坡的破坏特点和成因的分析工作是不可缺少的，这对指导露天矿的边坡稳定技术，能够起到非常重要的影响作用。
关键词：露天矿边坡；稳定性；安全因素；策略引言露天矿山开采过程中，由于采场和排土场边坡容易受岩土性质、气候变化、地形、水文地质及矿山开采等多种因素的综合影响，极易发生边坡失稳滑坡造成安全事故，严重影响矿山安全高效开采，特别是对深凹露天矿山安全生产影响最为突出。
如何提高矿山边坡稳定性，避免滑坡等安全事故发生，是露天矿山开采必须提前考虑的问题。
露天煤矿生产过程中，端帮边坡下部暴露煤层极易发生自燃现象，煤层自燃不仅造成资源的浪费，所形成的空区也会诱发台阶片帮，影响边坡整体稳定性。
因此，开展煤层自燃对边坡稳定性影响研究对露天煤矿安全持续生产具有重要意义。
1稳定性分析与评价方法为便于对边坡稳定性分析提供所需的基本参数及评价依据，根据大煤沟煤矿矿山地质特征及现场实际情况，将工程地质条件与特性大体相同的地段归类区划为一些独立的场地单元或系统，将采场边坡工程地质分区划分为I区、II区和III区，共计3个分区。
边坡稳定性计算方法可分为极限平衡法、有限元及边界元法以及可靠性分析方法。
极限平衡法因其计算模型简单、计算方法简便，计算结果能满足工程需要等优点，被认为是边坡工程分析与设计中最主要的且最有效的实用分析方法。
根据《露天煤矿边坡稳定性年度评价技术规范》规定，边坡稳定性分析应以刚体极限平衡方法为基本方法，并应根据可能发生的滑坡破坏模式选择合适的方法，对边坡同一位置稳定性系数至少采用2种以上方法计算获得，并进行对比和验证。
露天矿边坡稳定性及设计参数优化研究
露天矿边坡稳定性及设计参数优化研究管晓明;王旭春;聂庆科;周桓竹;于云龙【摘要】针对大型露天矿边坡工程,分析了边坡现状及滑坡机理;通过构建边坡三维计算模型,采用强度折减法和极限平衡方法进行了边坡稳定性分析和评价,并优化了边坡台阶高度和坡角设计参数.结果表明:工作帮坡顶砂土位移较大,所得稳定系数为1.4,表明边坡整体保持稳定,但是上部3个台阶局部可能发生圆弧型滑坡或崩塌;非工作帮滑坡结构面类型为坡脚高岭土层,位移较大,加之地表重物堆载加剧滑动趋势,所得稳定系数为0.9,边坡发生圆弧-顺层滑坡,与现场发生的滑坡现象一致.边坡开挖时,泥岩、砂土和黏性土台阶高度建议低于6 m,粉砂岩台阶高度可达10 m.当开挖边坡角为23°时,安全系数在1.3～1.5之间,可以满足规范要求.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】4页(P71-74)【关键词】露天矿;边坡;稳定性分析;滑坡机理;数值计算;参数优化【作者】管晓明;王旭春;聂庆科;周桓竹;于云龙【作者单位】青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;河北建设勘察研究院有限公司,河北石家庄050031;河北省岩土工程研究中心,河北石家庄050031;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;河北建设勘察研究院有限公司,河北石家庄050031;河北省岩土工程研究中心,河北石家庄050031;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033【正文语种】中文【中图分类】TD824.7滑坡是露天矿生产与安全的重大隐患之一，露天矿开采边坡的稳定直接关系到整个矿山的持续发展[1-4]。
某大型露天矿工程地质条件复杂多变，岩土体松散，地下水丰富，自生产以来大小滑坡时有发生，不仅扰乱了矿山的正常和安全生产，而且对矿区作业人员的生命构成了严重威胁。
近几年，随着露天采矿的不断加深，采掘场边坡稳定问题日益突出，必将成为露天煤矿安全生产的重大隐患。
露天矿山边坡治理研究
露天矿山边坡治理研究发布时间：2021-05-12T11:33:05.413Z 来源：《基层建设》2020年第30期作者：苏靖宇[导读] 摘要：露天矿山是矿山中的一个大类，大概有一半左右的金属非金属矿山都是以露采为主，露天开采工艺简单，基建成本较低，建设速度快，管理、运输容易，经济见效明显。
内蒙古太平矿业有限公司内蒙古包头市 014000摘要：露天矿山是矿山中的一个大类，大概有一半左右的金属非金属矿山都是以露采为主，露天开采工艺简单，基建成本较低，建设速度快，管理、运输容易，经济见效明显。
但是长时间的露天开采容易碰到很多问题，尤其是边坡稳定性，最终决定了矿山的可利用资源量和最终服务年限。
文章以浩尧尔忽洞金矿的露天边坡为主要研究对象，找出露天矿山边坡存在的问题并提出几条改善性意见，希望对类似矿山有所帮助。
关键词：露天矿山；边坡稳定性；边坡护理引言露天矿山开采的矿体一般属于厚大矿体，矿体直接暴露在地表或者埋藏较浅，能够被简单揭露。
现代工艺的露天开采都是从地表开始一层一层向深部开始揭露的，每一层都会预留一个台阶用作临时通道，然后在依次向下开采，直至达到最终境界。
但并不是所有露天矿山都会预留台阶，部分矿山的开采只是留下一条向下的通道其余全部做成边坡，这样一来边坡稳定性极易出现问题，而且因为开采太深的原因又往往很难解决，影响生产，甚至停工。
因此，探讨露天矿山边坡治理问题对我国矿山企业的发展、促进我国经济的发展具有十分重要的现实意义。
1、浩尧尔忽洞金矿边坡地质背景内蒙古浩尧尔忽洞金矿产出于内蒙古中西部地区，位于白云鄂博群比鲁特组，整个矿区地层呈大倾角产出，局部甚至呈直角，地层产出岩性为浅变质岩，局部见岩浆岩侵入，矿区周围蚀变明显，属低温热液型浅变质岩矿床。
由于矿山产出于浅变质区域，主体岩性为千枚岩或板岩，岩石整体含碳量较高，矿区整体呈灰黑色，远远看去如同煤矿一般。
由于是沉积岩变质，矿区岩层之间层理分明，整体性较差，遇到外部岩体剥离时原始应力平衡状态遭到破坏，部分岩层自动向自由面方向倾倒、掉落。
露天煤矿边坡稳定性验算
露天煤矿边坡稳定性验算xxxxxxxxx公司露天煤矿边坡稳定性验算编制：审核：批准：二〇二〇年五月边坡稳定性验算按照《煤矿安全生产标准化基本要求及评分办法》的相关规定，xxxxx公司采运部技术人员于2020年5月初对露天煤矿进行边坡稳定性验算。
以2020年4月底现状为基础，对露天煤矿工作帮、内排土场、西南排土场、东一排土场、非工作帮的边坡进行验算。
一、露天煤矿边坡现状介绍xxxxx煤矿目前形成的边坡包括工作帮、内排土场、西南排土场、东一排土场、非工作帮。
工作帮：目前工作帮平均长度为1.8km，工作帮年推进度较大，边坡暴露时间较短。
黄土台阶高度为8m，台阶坡面角为65°；岩石台阶和煤台阶高度为16m，台阶坡面角为70°。
上部台阶主要为第四系黄土、风积沙和第三系钙质红土，下部台阶主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和粗砂岩，地质结构简单。
内排土场：内排土场形成标高为1048、1080、1112、1128、1144、1160、1176、1192八个排土台阶，内排土场台阶坡面角为33°，岩性大致为下部岩石上部黄土。
内排土场单台阶平盘较宽，总体边坡角较缓。
西南排土场：西南排土场北侧紧邻罐子沟煤矿工业场地，南侧紧邻采场，边坡稳定至关重要。
西南排土场最高标高为1280m，单台阶高度为20m，台阶坡面角为33°。
影响西南排土场边坡稳定的主要因素为地表水以及渗入排弃土岩中的大气降水。
东一排土场：2015年东一排土场已排土到界，东一排土场北侧紧邻油库、炸药库，西南侧靠近罐子沟河道（黄河重要支流）。
东一排土场最高标高为1235m，单台阶高度为20m，台阶坡面角为33°。
影响东一排土场边坡稳定的主要因素为地表水以及渗入排弃土岩中的大气降水。
非工作帮：非工作帮为首采区拉沟位置处，服务于整个首采区开采期内，边坡暴露时间十几年。
目前使用的罐子沟排洪渠位于非工作帮南侧，非工作帮边坡管理意义重大。
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内蒙古荣兴西来峰露天煤矿边坡稳定性研究 关崇峻 【摘 要】The article elaborates slope stability of Open-pit Coal Mine, analyzes rock mechanics index, slope deformation failure mode and the evaluation of slope stability. Through slope stability analysis, the article presents adopting 50° final slope angle, takes necessary monitoring and slide-control measures to control risk.%阐述了有关露天煤矿边坡稳定性分析边坡岩石力学指标确定、边坡变形破坏模式和边坡稳定性分析评价等技术环节.通过边坡稳定性分析,提出了采用50°的最终边坡角,并采取必要的监测和防滑措施来控制风险.
【期刊名称】《露天采矿技术》 【年(卷),期】2018(033)001 【总页数】4页(P43-46) 【关键词】露天煤矿;JORC规范;边坡稳定性;最终边坡角;岩石力学 【作 者】关崇峻 【作者单位】北京中地泓科环境科技有限公司,北京100011 【正文语种】中 文 【中图分类】TD824.7
0 引言 内蒙古荣兴西来峰露天煤矿位于桌子山煤田白云乌素勘探区中部，隶属于内蒙古自治区鄂托克旗棋盘井镇。该煤矿设计规模为年产120万t。 1 基本技术条件 1.1 矿区地震参数 矿田临近乌海市，地震烈度为VIII度，根据GB 18306—2001中国地震动参数区划图采用数值为0.20 g的地震动峰值加速度。 1.2 边坡工程地质条件 矿田内岩石以碎屑沉积岩为主，层状结构，岩体各向异性。煤层顶底板岩石的力学强度中等，以半坚硬岩石为主，软弱岩石次之，稳固性较差。岩石与岩体的完整性与稳定性总体较好，局部较差。区内断层较发育，但主要断层在边界附近，地质构造简单，基岩出露少，风化作用相对较弱。未来煤矿开采后，局部地段易发生煤层顶板冒落、底板软化变形以及断层涌砂、涌石等矿山工程地质问题。 1.3 边坡水文地质条件 矿田内含水岩组的划分与区域含水岩组划分基本一致，自上而下依次为第四系松散层潜水含水层、二叠系碎屑岩类承压水含水层、二叠系相对隔水层、石炭系～二叠系碎屑岩类承压水含水层、石炭系相对隔水层和奥陶系石灰岩承压水含水层；地下补给水源主要为大气降水及侧向地下水径流，其次是老窑积水和地表水体；潜水的迳流主要通过各大沟谷表流、强烈的蒸发、垂直入渗及人工开采等途径排泄；根据钻孔资料，地下水位埋深为13.50～37.62 m。 2 边坡稳定性影响因素及破坏模式 2.1 边坡稳定性的影响因素 影响边坡稳定性的因素包括内因和外因。内因包括边坡地形特征、地质构造，岩土体的性质及其结构、结构面的发育状况和地应力等，对边坡稳定性起主控作用；外因包括水的作用、工程荷载条件、地震和采矿工程活动等，对边坡稳定性起诱发破坏作用。 2.2 边坡变形破坏模式 边坡的变形破坏是一个复杂的力学演变过程，其变形特点与边坡自身条件及相关影响因素有关，边坡的稳定性分析不能仅仅单纯的依靠相关计算软件而确定，需对边坡的自身情况及相关影响因素进行共同分析，确定边坡稳定状况。 该煤矿地层结构由上至下的岩性依次为表土层、粗砂岩、砂质泥岩、细砂岩、中砂岩、泥岩、角砾岩等。其中，下部岩体由细砂岩、砂质泥岩、泥岩、粉砂岩等软岩组成，抗剪抗压强度较小。随着工程开挖不断进行，边坡岩体内应力重新分布，促使坡体变形发展和坡底处应力集中，最终可能导致边坡失稳。 该矿田位于鄂尔多斯高原西部边缘。当地为干旱的温带高原大陆性气候，阳光辐射强烈，气候干燥，降水量稀少，蒸发强烈。矿田内无常年地表径流，由于地形较为平坦，且地表多为第四系砂及砂土，大气降水均渗入地下。因含水层富水性较弱，对边坡的影响程度较小。但坡体随着矿山开采而暴露，如遇降雨入渗，水对泥岩夹层的软化作用导致抗剪程度降低，与重力共同作用将形成顺倾弱层，这一天然潜在滑移面对边坡稳定性极为不利。地表降水入渗可通过排水设施和进一步的水文孔勘探进行控制。 矿田区内及周边发育有2条北东向正断层。鉴于断层倾向与边坡面倾向不一致，呈67°夹角，故对坡体影响较小。 综上分析，荣兴西来峰的边坡变形破坏模式为沿煤层内泥岩软弱结构面的顺坡状缓慢滑移，即“滑移-弯曲变形”型破坏。 3 边坡稳定性分析评价 3.1 稳定性分析数值方法 岩石力学研究中常用的数值模拟方法有有限差分法、有限单元法、边界元法、半解析法、离散元法和无界元法等。这些方法都各有其优缺点和适用条件。拉格朗日元法作为一种有限差分法，为解决诸如矿山边坡稳定性分析等岩石力学工程问题，提供了一种有效的数值模拟方法和手段。不仅适用于处理大尺度、大变形工程地质问题，而且可以在初始模型中加入断裂、节理构造等地质因素。本项目采用国际著名的拉格朗日有限差分法FLAC3D软件，对荣兴西来峰露天矿边坡的稳定性及变形演化规律进行模拟研究。研究分析的破坏准则采用传统的Mohr-Coulomb强度准则。 FLAC3D软件采用强度折减法计算安全系数。强度折减法中边坡安全系数为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。计算要点是利用公式（1）和（2）调整岩土体的强度指标c和φ，其中Ftrial为折减系数，然后对边坡进行数值分析，采用“二分法”搜索技术不断地增加折减系数，反复分析，直至其达到临界破坏，此时的折减系数即为安全系数。
相较于传统的极限平衡法等安全系数求取方法，有限差分法的强度折减法能够胜任复杂地貌、地质构造的边坡计算，考虑了岩土体的本构关系以及变形对应力的影响，能够模拟边坡的变形过程及滑移面形状。另外，该方法不需要事先假定滑移面的形状，也无需条分。 3.2 稳定性分析安全系数的要求 边坡稳定性分析评价中，应根据不同边帮位置和地层赋存特征，选取典型剖面，开展不同工况条件下边坡稳定性评价，得到安全系数，并最终确定各矿不同边坡不同区域的整体边坡角。对于计算结果不能满足设计规范的边坡，可通过合理的采矿调整和监测措施，确保安全系数达到规范要求。根据荣兴西来峰煤矿典型边帮剖面和边帮用途，并结合GB 50197—2005煤炭工业露天矿设计规范的规定，在采取必要控制措施的前提下，该煤矿边坡的安全系数选取不应小于1.2。 3.3 稳定性分析计算指标 结合荣兴西来峰矿区的岩土及地质报告，以及实验室测得的岩石物理力学指标，在确定了如表1所示的Hoek-Brown经验强度准则的4个基本参数之后，根据相关公式得到模拟计算时的Mohr-Coulomb参数取值，见表2。 表1 边坡岩体Hoek-Brown经验强度准则的基本参数岩性 GSI D σci mi细砂岩粗砂岩泥岩细砂岩中砂岩煤粉砂岩泥岩细砂岩粗砂岩30 47 30 15 14 35 40 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 20.00 34.48 39.72 12.23 12.73 40.54 39.72 19 9 41 5 15 16 13 表中： 表2 边坡Mohr-Coulomb岩体物理力学参数取值岩性容重/（g·cm-3）弹性模量/GPa细砂岩粗砂岩泥岩细砂岩中砂岩煤粉砂岩泥岩细砂岩粗砂岩2.389 2.610 2.609 1.321 2.609 2.463 2.389 1.800 0.917 1.630 0.228 1.630 0.927 1.800泊松比0.191 0.156 0.249 0.325 0.249 0.186 0.191抗拉强度/MPa 0.055 0.152 0.642 0.240 0.642 0.423 0.055粘聚力/MPa 0.541 0.264 0.721 0.445 0.721 0.621 0.541内摩擦角/（°）21.02 12.32 20.69 11.81 20.69 20.12 21.02 GSI—岩体的地质强度指标 (Geological Strength Index)； D—扰动系数； σci—岩块单轴抗压强度（MPa）； mi—岩块的Hoek-Brown常数。 3.4 稳定性分析数值模型的构建 考虑到工程地质条件及最终设计的坡度不同，以及危险区域范围、潜在滑坡体的位置，数值模拟设计对 4 种不同最终边坡角（40°、45°、50°和 55°）的边坡模型进行数值模拟。边坡工程地质模型如图1所示，模型计算范围的长、宽、高分别为97 m、10 m和26 m，地表表面设为自由边界，侧面限制水平移动，底部固定；计算仅考虑自重应力产生的初始应力场；初始地应力计算材料符合弹性本构模型，材料破坏符合Mohr-Coulomb强度准则。 图1 荣兴西来峰煤矿边坡工程地质模型 3.5 边坡稳定性分析与评价 研究中分析了在不同最终边坡角之下的边帮变形破坏规律。 在不考虑降水和地震影响时：最大主应力分析结果表明，坡度和边坡的拉应力集中区有着明显的正相关关系；最小主应力分析结果表明，浅部最小主应力线平滑且边坡的中部出现局部压应力弱化区；最大位移场分析结果表明，最大位移量随着坡度的增加而增加，其影响范围亦随着坡度的增加而扩大并向坡脚扩展；位移矢量场分析结果表明，从坡顶至坡体中部，出现了弧状的位移矢量场，其影响长度随坡度增加而逐渐扩大；剪应变增量分析结果表明，随着坡度的增加，剪应变增量的影响范围逐渐增大；通过FLAC3D强度折减法计算，得到最终边坡角40°、45°、50°和 55°时的安全系数分别为 1.57、1.39、1.25和1.04。最终边坡角为50°时的剪应变分布如图2所示。 图2 稳定性分析剪应变分布图（最终边坡角50°） 在考虑降水影响时：最大主应力分析结果表明，饱和水作用下边坡的拉应力用所降低，而且当坡度逐渐增加到50°以上时，拉应力遍布整个边坡表面；最小主应力分析结果表明，饱水状态下的最小主应力分布与干燥状态下的相比变化明显，尤其在坡脚主煤层区域；最大位移场分析结果表明，降雨下边坡将会首先从坡顶岩层的后沿产生裂缝变形，然后中部的变形逐渐增大，直到滑面贯通，产生整体滑移破坏；位移矢量场分析结果表明，在饱水降雨作用下，煤层区域发生了明显的变化，位移矢量场中最大位移矢量逐渐向煤层边坡集中，而且方向逐渐指向水平方向，是失稳的一种发展走向；剪应变增量和塑性区分析结果表明，剪应变增量变化范围较小，数值也有所降低，但是塑性区开始向边坡发展，当坡度为55°时，几乎整个边坡坡面都布满了塑性区；通过FLAC3D强度折减法计算，得到最终边坡角为40°、45°、