朝阳露天煤矿排土场稳定性研究

陈晓玉

（松辽水利水电开发有限责任公司，吉林长春130012）

朝阳露天煤矿排土场稳定性研究

陈晓玉

（松辽水利水电开发有限责任公司，吉林长春130012）

排土场的稳定性是保证矿山安全生产的重点。文中以朝阳露天煤矿排土场作为研究背景，采用基于极限平衡理论的瑞典圆弧法和简化毕肖普法对该项目的排土场外边坡进行了稳定计算，并通过生产运行中对外边坡的检查，证明计算结果是合适的。

排土场；极限平衡；瑞典圆弧法；简化毕肖普法；朝阳露天煤矿

在露天矿生产中，排土场的稳定性是矿山能否正常生产的关键因素之一［1］。采用高或超高台阶排土与增加排土场堆高是未来排土场的趋势，是减少排土场占地与排土场扩容的有效途径［2］。排土场一旦发生滑坡，不仅会影响到露天矿的正常生产、持续发展甚至会威胁到作业人员等的安全。因此，排土场的稳定性是保证矿山安全生产的重点。

本文采用基于极限平衡理论的瑞典圆弧法和简化毕肖普法［3］对排土场的边坡稳定性［4］进行计算分析，确定排土场的稳定状况。

1　排土场情况

1.1排土场自然情况

朝阳露天煤矿排土场和采掘场相邻而设，排土场总占地面积1.20km2，排土场总排弃高度为105m，设7个排土台阶，每层高15m，每个台阶平台宽10m，平均坡比1∶0.67。边坡上部陡，下部缓，并于边坡顶部布置一个1.5m高的梯形排水体，于排水体上游面设置反滤层，以防止当排土场周边弃土速度比场内速度高，场内暴雨从排土场四周底部渗出产生管涌造成边坡破坏。

排土场周边最大汇水面积为2.50km2。由于平台及边坡积水面积较大，当出现短历时高强度的暴雨时，有可能产生集中径流冲刷平台和边坡，造成边坡坍塌。为及时排出平台及边坡产生的径流，确保外排土场平台及边坡稳定安全，故设计除在外排土场顶部、平台中部和各台阶平台内侧设置排水沟外，其余各层边坡中部也布置一条排水沟，这样做的目的是为了尽量减小排水沟的尺寸，以减小排水沟的重量。

1.2排土场物理力学指标

采用该工程水土保持初步设计说明提出的计算参数进行计算，即按表1参数进行计算。

表1　土层物理力学参数

排弃料多为松砂、中砂和细砂，凝聚力极小。因此，根据经验，对该项目各材料调整后选用参数情况如表2所示。

表2　调整后的土层物理力学参数

2　计算方法

边坡稳定计算应采用刚体极限平衡法，具体常用的方法有：采用了不计条块间作用力的瑞典圆弧法；采用计条块间的作用力的简化毕肖普法。

最小安全系数的确定，是确定一个圆心坐标和滑弧半径，在大范围内进行搜索计算，然后分析计算成果，逐渐缩小范围，最后确定最小安全系数、滑弧深度、最危险滑弧半径、滑弧圆心坐标。

表3　稳定计算结果（初步估计）

瑞典圆弧法的表达式为：

式中：W——土条重量；Q，V——分别为水平和垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；u——作用于土条底面的孔隙压力；α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b——土条宽度；c′，φ′——土条底面的有效应力抗剪强度指标；MC——水平地震惯性力对圆心的力矩；R——圆弧半径。

运用以上两公式时，应遵守下列规定：1）静力计算时，地震惯性力应等于零。2）施工期，边坡条块为实重（由干容重加含水率求得）。如坡基有地下水存在时，条块重W=W1+W2（其中，W1为地下水位以上条块湿重；W2为地下水位以下条块浮容重）。若采用有效应力法，孔隙压力u应用u0-γwz代替（u0为施工期孔隙压力；γw为水容重；z为条块底部中点至坡外水位的距离），若采用总应力法，条块重同上，孔隙压力u=0，c′与φ′应采用cu与φu代替。3）稳定渗流期用有效应力法计算，孔隙压力u应用u0-γWz代替。u为稳定渗流期孔隙压力，条块重W=W1+W2，W1为外水位以上条块实重，浸润线以上为湿重。浸润线和外水位之间为饱和重，W2为外水位以下条块浮重。

3　计算结果

抗滑稳定安全系数，按DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》。该项目边坡高度达105m，应属二级边坡，最小抗滑稳定安全系数：基本荷载组合为1.25～1.15，特殊组合为1.15～1.05，但考虑到边坡失稳不会造成重大人民生命财产损失，故按3级拦河坝坝坡的最小抗滑稳定安全系数采用，即基本组合情况为1.2，特殊组合情况为1.1。

边坡稳定计算结果，对表1，2计算参数的稳定计算成果见表3及图1。

图1　计算结果图

4　结语

计算结果表明，排土场边坡在各种设计荷载组合情况下，满足规范的最小安全系数要求，边坡是稳定的。且排土场在生产使用中未发生局部脱坡现象，计算结果是合适的。但由于该边坡较高且偏陡，建议在实际应用中加强对排土场外边坡的检查，发现脱坡迹象及时采取如压坡等处理措施，以防脱坡继续扩大引起大面积坍塌，发生安全事故。

［1］杨胜利，王云鹏.排土场稳定性影响因素分析［J］.露天采矿技术，2009（03）：4—7.

［2］谢斌.高台阶排土场边坡稳定性分析及灾害防治研究［D］.北京科技大学，2005.

［3］尹大娟，许灵.极限平衡法在土石坝加固中的应用［J］.东北水利水电，2012（05）：3—4.

［4］李宗伟，马晶伟，尹大娟.强度折减法在某尾矿坝边坡稳定性分析中的应用［J］.黄金，2013（10）：67—69.

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