新岭煤矿南露天东帮压帮方案研究

李晓俊

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

新岭煤矿南露天东帮压帮方案研究

李晓俊

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

分析新岭煤矿南露天东帮产生变形的原因，并提出压帮应对措施。通过改变压帮的长度与高度提出不同的压帮方案，研究压帮宽度与高度对边坡稳定的影响，找出其变化规律，选择最优压帮方案，以提高边坡的稳定性，保证生产作业安全。

露天矿；压帮方案；宽度与高度；变化规律；边坡稳定性

0 引言

大型露天矿开采过程中，通常采用内排压帮排土工艺，不仅可以节省运距，还可以提高边坡的稳定性[1-2]。同时，压帮也是预防、治理滑坡的一种经济有效的措施[3]。为了研究不同的压帮排土宽度和高度对边坡稳定性的影响，采用边坡软件对新岭煤矿南露天东帮边坡进行计算分析，分析不同压帮高度及宽度对边坡稳定性的增效效果，提出最优压帮方案，以提高边坡的稳定性，保证生产作业安全。

1 概 况

新岭煤矿位于鹤岗矿区北部，行政区属于鹤岗市东山区管辖。新岭煤矿地势北高难低，地面最高标高+310 m，属于构造剥蚀丘陵区。该区属于大陆性寒温带气候，冬春两季多风寒冷，夏季多雨，年平均降雨量约600 mm，雨季多集中在6、7、8 3个月。每年10月中旬至翌年4月为结冻期，最大冻结深度2.38 m，年平均降雨量645.4 mm。

矿区赋存的地层有前古生界花岗片麻岩及花岗岩，中生界白垩系下统鹤岗群石头河子组和新生界第四系。构造特点是以断裂为主，伴随宽缓的褶曲，区内构造南部和西部相对简单，煤层厚而集中，发育较完整，而东部的煤层由于受F1断层所控制而产生的次一级断层组的影响，分成不连续的块段，走向由北东变为东西向，致使产生小型盆状向斜构造。

F1断层是矿区中具有代表性的断裂构造，走向北起三道沟，南起靠山河长达8 km，横贯鹤岗煤田，落差达300～400 m，在本区该断层沿石头河方向延展。F1上盘为煤系地层，主要为白垩系下统石头河子组和新生界第四系，岩石为砂岩和表土，受F1影响发育有F10、F11、F12等几条断层，使含煤地层沿倾斜方向重复出现，并产生宽缓向斜。由于断层为阶梯状，断层破碎带大，破坏了边坡岩体的完整性，降低了岩层的凝聚力和内摩擦力，每逢雨季，边坡位移增大，极易造成滑坡。F1下盘地层主要为煤系基底，分布有前古生界和新生界地层，除浅部少量覆盖有表土和砂砾岩外，深部为花岗岩。岩石质地坚硬，内聚力强，坚实系数大，极其稳定，5栋土楼、小石头河、新建的沿河小区，均为位于其上部区域。

全区煤层为旧区复采，复采区整层存在，煤层内旧巷交错林立，煤层厚度受采掘影响薄厚不一，变化较大，煤层顶底板受多次采动影响，局部出现断裂，裂隙较为发育。在旧巷密集或采空区处煤层紊乱，煤层特征不明显，煤矸混合严重。

2 变形原因分析

通过分析，该矿区地层较为复杂，受断层、断裂及旧巷道等因素影响，影响边坡稳定因素较多。在露天矿东帮，由于F1断层存在，其倾向与边坡倾向相同，倾角大于50°。新岭煤矿东帮台阶产生的变形，分析其主要原因在于局部边坡角度较大，加之雨季降雨，边坡内部含水量增加，边坡内部岩体强度降低，导致边坡产生局部变形，为保证边坡稳定，需对边坡进行抗滑工程处理，经综合分析，选用边坡压脚（压帮）的方式进行处理，即将剥离物压在东帮边坡下部台阶，加大抗滑力，提高边坡稳定性。

3 计算基础

3.1 理论基础

采用极限平衡法对东帮边坡进行计算分析，极限平衡分析分为单一滑弧稳定系数计算及稳定系数寻优2部分[4]。极限平衡分析计算方法很多，有瑞典法、毕肖普法、M-P法、萨尔玛法、詹布法等。各种方法考虑问题的切入点不同，根据多年的计算分析，不同方法的计算结果相差不大[5-6]。本次计算采用毕肖普法。

3.2 剖面及岩体参数的确定

分析矿区现有开采情况，新岭煤矿为井工、露天综合开采，其中较浅的18#煤以上煤层由露天采掘，18#煤以下的煤层由井工采掘。选取典型的A、7#、8#勘探线剖面进行分析。

为了科学合理的评价东帮边坡压帮前后的稳定性，需要确定边坡地层岩体强度。计算分析所选用岩体强度参数的合理性直接关系到结果的可靠性，所以科学可靠的确定岩体强度参数是边坡稳定计算的关键[7-8]。采用经验法、反算法综合考虑确定。由于矿山边坡已产生变形，运用反算分析法能够较合理的计算出岩体的强度参数。本次分析在已变形位置选取3个剖面，根据已滑位置进行边坡稳定反分析计算。反分析计算结果显示，边坡滑弧沿着河边裂隙带贯穿到坡底。滑弧状态为圆弧滑动。根据反算结果综合经验法确定岩体计算参数，见表1。

表1 岩体强度参数

4 边坡压帮方案的计算分析

通过计算分析得知，8#剖面的稳定性系数为0.924，在1.0以下；7#剖面稳定系数为1.003；A剖面稳定系数为1.098，均存在着发生滑坡的危险。采用压帮方法，使得东帮边坡整体稳定系数达到稳定性标准，从而使整个边坡的稳定性处于良好状态。设计压帮高度为工作台阶高度参数的整数倍，这里分别选用了24、32、40、48 m四种压帮高度。压帮水平宽度选取了20、30、40、50 m四种压帮宽度。通过分别计算每个压帮高度对应的不同压帮宽度，得到每组压帮高度与宽度对应的稳定系数，找出其中的变化规律，进而选择最优的压帮方案。

4.1 8#剖面压帮设计及计算分析

根据8#勘探线剖面资料及确定的岩土体力学参数，通过边坡计算软件，建立计算模型，根据设计的不同压帮高度及压帮宽度，分别进行计算分析，计算结果见表2。为了直观的分析不同压帮高度及压帮宽度对边坡稳定性的影响，分别绘制稳定系数随高度变化曲线图及稳定系数随宽度变化曲线图，如图1、图2。

表2 8#剖面压帮设计及计算结果

由图1可知，在压帮宽度一定的情况下，东帮边坡稳定系数随着压帮高度的增加而呈线性增加，表现为良好的一次函数关系。这说明相同压帮宽度下，压帮高度的增加对边坡稳定性的增强会一直持续，效果较明显直观。高度越大，对边坡稳定性越有利。

图1 8剖面稳定系数随压帮高度变化曲线

图2 8#剖面稳定系数随压帮宽度变化曲线

由图2可知，在压帮高度一定的情况下，东帮边坡稳定系数随着压帮宽度的增加而增加，但随着宽度增加到一定程度后，稳定系数不再明显增加，表现为二次函数关系。这说明相同压帮高度下，随着压帮宽度的增加，边坡稳定系数随之有所增加，但增加到一定程度后，曲线会趋于平缓，稳定系数不再明显增加，压帮宽度对边坡稳定性影响有一定限度。另外，通过4条曲线的比较可知，压帮高度越高，曲线趋于平缓所需的压帮宽度越宽。

实际生产中，需要考虑安全性及经济性，因此需要选择最优方案，通过分析可知，当8#剖面压帮高度达到48 m，压帮宽度达到40 m时（或者压帮宽度50 m，压帮高度40 m），边坡稳定系数达到1.268，满足边坡稳定性条件。虽然继续增加压帮宽度或者增加压帮高度，边坡会更加稳定，但会造成费用的增加，经济不合理。而压帮高度48 m压帮宽度40 m时，施工空间有局限性。因此，8#剖面最优压帮方案推荐为压帮高度40 m，压帮宽度50 m。

4.2 7#剖面压帮设计及计算分析

7#剖面计算参数及方法与8#剖面一致，计算结果见表3及图3、图4。根据图3、图4分析可得到与8#剖面计算分析所得到的规律相同。通过分析，7#剖面最优压帮方案推荐为压帮高度40 m，压帮宽度40 m。

表3 7剖面设计及计算结果

图3 7剖面稳定系数随压帮高度变化曲线图

图4 7剖面稳定系数随压帮宽度变化曲线图

4.3 A剖面压帮设计及计算分析

A剖面计算方法与7#、8#剖面计算方法一致，计算结果见表4及图5、图6。3个剖面分析所得到的规律相同。

表4 A剖面设计及计算结果

图5 A剖面稳定系数随压帮高度变化曲线

图6 A剖面稳定系数随压帮宽度变化曲线

通过分析，A剖面最优压帮方案推荐为压帮高度40 m，压帮宽度40 m。

5 结论

从计算结果，可以直观的看出新岭煤矿东帮边坡的稳定状况。根据已掌握的情况，结合计算分析步骤，总结出如下结论：

1）新岭煤矿东帮台阶产生了零散的变形，其原因主要有断层构造切割，岩体破碎，局部边坡角度较大，加之雨季降雨，边坡内部含水量增加，边坡内部岩体强度降低，导致边坡局部变形；为保证边坡稳定，需对边坡进行抗滑工程处理，经综合分析，选用边坡压脚的方式进行处理。

2）新岭露天矿东帮7#、8#、A勘探线剖面原始边坡稳定系数分别为1.003、0.924、1.098，3个剖面中稳定性系数最大的未达到1.1，因此，该边坡稳定状态较差，发生滑坡的概率较大。

3）对比原始边坡与压帮后的东帮边坡稳定性，可知压帮较好地提高了边坡稳定系数，3个剖面的稳定系数均在原有的基础上有了较大的提升，因此，采用压坡脚边坡处理措施，可以很好的改善边坡状态，保证边坡的长期稳定，同时给后续的矿山开采提供了安全保障。

4）通过不同种压帮形式的对比，改变压帮参数，通过改变压帮的高度与宽度，不同程度上的提高新岭煤矿东帮边坡的稳定性。在压帮宽度一定的情况下，东帮边坡稳定系数随着压帮高度的增加而呈线性增加，表现为良好的一次函数关系。在压帮高度一定的情况下，东帮边坡稳定系数随着压帮宽度的增加而增加，但增加到一定程度后，曲线会趋于平缓，稳定系数不再明显增加，压帮宽度对边坡稳定性影响有一定限度。压帮高度对边坡稳定性影响较大。

5）8#剖面建议压帮高度为40 m，压帮宽度为50 m；7#剖面建议压帮高度为40 m，压帮宽度为40 m；A剖面建议压帮高度为40 m，压帮宽度为40 m。

［1］ 周伟，韩流，才庆祥．内排土场对端帮边坡稳定性影响研究［J］．采矿与安全工程学报，2015，32（4）：672－675．

［2］ 吕金星，舒继森．内排土场对露天矿端帮稳定性的影响［J］．金属矿山，2012，36（3）：45－47．

［3］ 洛大军，罗伟．布沼坝露天矿西帮压帮内排稳定性浅析［J］．云南煤炭，2013（4）：32－35．

［4］ 王勇．胜利一号露天煤矿沿帮排土场增高扩容边坡稳定研究［J］．煤炭工程，2012，（10）：92－93．

［5］ 王浩．边坡稳定性影响因素及评价方法［J］．黑龙江交通科技，2011（7）：110－111．

［6］ 唐学民．边坡稳定性影响因素分析［J］．西部探矿工程，2012（9）：8．

［7］ 杨帆，侯克鹏，谢永利．岩质高边坡岩体力学参数确定及稳定分析研究［J］．西安建筑科技大学学报（自然科学版），2011（6）：845－853．

［8］ 周庆华．边坡岩体抗剪强度计算参数取值方法的探讨［J］．矿业快报，2006（4）：19－21．

【责任编辑：解连江】

Scheme research on covering slope of east slope in Xinling South Open-pit Mine

LI Xiaojun
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

This article analyzes the causes of the east slope deformation in Xinling South Open-pit Mine,and puts forward some measures to solve the problem.By changing the length and height of slope,the article puts forward the different covering slope plan,studies the effect of pressure slope width and height on slope stability,finds out the change rule,selects the optimal scheme, in order to improve the slope stability and ensure production safety.

open-pit mine;covering slope scheme;width and height;change rule;slope stability

TD824.7

B

1671-9816（2017）04-0011-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.004

李晓俊.新岭煤矿南露天东帮压帮方案研究［J］.露天采矿技术，2017，32（4）：11-14.

2016-11-18

李晓俊（1982—），男，山东烟台人，工程师，硕士，毕业于中国矿业大学岩土工程专业，从事露天矿边坡、采矿设计工作。