元宝山露天煤矿内排土场边坡稳定性分析及参数优化

白 羽，郜秋平

（1.内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司 元宝山露天煤矿，内蒙古 赤峰 024070；2.内蒙古平庄能源西露天煤矿，内蒙古 赤峰 024070；）

元宝山露天煤矿内排土场边坡稳定性分析及参数优化

白 羽1，郜秋平2

（1.内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司 元宝山露天煤矿，内蒙古 赤峰 024070；2.内蒙古平庄能源西露天煤矿，内蒙古 赤峰 024070；）

主要研究了元宝山露天煤矿内排土场的工程地质特征,分析了内排土场滑坡的破坏模式，确定了满足河流通过的内排土场稳定系数，利用刚体极限平衡法对不同排弃平盘宽度的内排土场稳定性进行分析，确定了最优排弃平盘宽度为55 m。

露天煤矿；内排土场；边坡稳定性；参数优化

Abstract:The article studies the engineering geological characteristics of inner dump in Yuanbaoshan Open-pit Coal Mine, analyzes the failure mode of dump landslide,and determines the stability coefficient of the inner dump satisfying the river pass. The author analyzes the stability of inner dump with rigid body limit equilibrium method under the different width of the berm,and determines the optimal abandoned berm width with 55 m.

Key words:open-pit coalmine;inner dump;slope stability;parameter optimization

0 引言

边坡稳定是涉及露天矿安全、经济及技术3方面的重大问题。随着产量规模的不断增加，露天矿边坡稳定性问题更为突出。如何针对某一露天矿特有的工程地质特征，对边坡稳定性进行科学的评价，提出合理的滑坡防治措施，确保露天矿实现高效和安全生产，是采矿工程技术人员着力解决的关键问题[1-5]。

元宝山露天矿位于内蒙古赤峰市元宝山区，英金河在矿区中部通过，把露天矿采区分成东北、西南两部分。随着露天矿不断向北部推进，采场工作帮逐步向英金河逼近，为了保证元宝山露天矿的正常生产接续，2013年10月实施英金河临时改河工程，将河道向北改移了1 000 m。根据目前该矿生产能力计算，一次改河后释放的可采储量仅能够满足该矿生产至2020年末，因此英金河改河工程已经迫在眉睫。为了提高矿山经济效益，减少改河次数及征地面积，最大限度地降低露天矿生产对周边农村的影响，计划将英金河改河河道位置中间段设置在内排土场上，这样对就内排土场稳定性将有更高的要求。内排土场稳定与否不仅直接影响矿山生产，一旦边坡失稳河道遭到破坏使河水流入矿坑，将对元宝山露天煤矿日常生产造成巨大的破坏和影响。

内排土场边坡稳定性不但与地下水、地质构造、排弃物料力学性质等有关，而且与排弃参数有着密切的关系。在相同条件下，排弃台阶平盘宽度越大，边坡角越小，稳定性越好。根据该矿目前降深速度，2017年可以实现大规模内排，受现有河道位置的限制，采场无法在英金河改河完成前，越过河道向北发展，故可以进入内排土场排弃的物料是有限的。因此对内排土场稳定性进行分析，并得出最优的内排参数的是十分有必要的。元宝山露天矿平面图如图1所示。

图1 元宝山露天矿平面图

1 内排土场边坡工程地质特征

采区剥离物主要由第四系、第三系和侏罗系为主，第四系地层以圆形砾石、砂砾、泥质砾石为主，泥质砾石为黄褐色，局部呈半胶结状。砾石的直径为2～100 mm，大部分为15～60 mm，次圆状，颗分资料砾级含量64.3～64.5%。第三系主要由细砂岩、粉砂岩、泥砾岩组成。侏罗系主要由砂岩、砂砾岩、粉砂岩及煤层组成。内排土场由南向北发展，内排土场与采场南帮相互接触。采场南帮坡体内存在多个顺倾弱层，排土场排弃物沿煤层底板排弃,煤层的底板主要泥岩及碳质泥岩为主，顺倾弱层的倾角为0°～8°，碳质泥岩及泥岩厚度不均匀，是构成采场南帮及内排土场发生顺层滑坡的潜在基础条件，对其稳定性极为不利。煤层底板碳质泥岩及泥岩和采场南帮顺倾弱层岩性和赋存特征是诱发内排土场失稳的内在因素，内排土场排弃物的载荷是诱发内排土场失稳的外在因素。

2 内排土场稳定性分析

2.1 滑坡模式的确定

内排土场边坡的变形破坏模式主要有崩落、倾倒、滑动、剥落等，其中滑动是最常见和最主要的边坡变形破坏模式，主要包括圆弧滑动、楔体滑动、平面滑动及不规则曲面滑动等[6-7]。每种滑动破坏模式都由不同的因素所控制，因此在对内排土场进行边坡稳定性分析时，首先要预判潜在的滑坡破坏模式，然后再采用相对应的分析方法和治理措施。从岩体结构控制论的角度来说，边坡破坏模式主要取决于岩体裂隙和节理的发育情况。边坡是否发生滑坡主要取决于抗滑力和下滑力之间的相对关系，对于现有该矿内排土场边坡地质条件来说，边坡滑移主要是受弱层和断层所控制的。因此，元宝山露天煤矿内排土场边坡存在的潜在滑坡模式为切层-顺层滑坡模式，即以圆弧为侧界面，以坡体揭露出弱层为底界面的切层-顺层滑动。

2.2 排弃物的物理力学性质的选取

元宝山露天煤矿内排土场排土方式主要为混排方式，所排弃的物料主要来自采区的剥离物，其岩性以砂砾、细砂岩、砂岩、泥岩为主。通过对以往的地质勘探结果进行详细分析和散体物理力学性质试验，获得综合参数取值见表1。

表1 岩土物料力学性质指标

2.3 安全储备系数的确定

依据GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范中对排土场安全系数的规定，评价标准为：服务年限20 a以上的外排土场Fs宜采用1.2～1.5；服务年限小于10 a的内排土场宜选用1.2，大于10 a宜选用1.3[8-9]。由于新英金河河道位置位于内排土场上，对露天矿的正常开采有较大的影响，但露天矿内排土场的形成是一个动态过程，可以通过控制内排土场的边坡形态控制边坡的稳定性，而且在发展过程中可采用监测以及基底处理等方式对其稳定性进行控制，确定内排土场边坡的安全储备系数选用1.3。

2.4 稳定性分析及参数优化

考虑到目前采场非工作帮的台阶高度为12 m，为了方便排弃作业，内排土场排弃高度为24 m，以7煤底板作为内排基底，利用刚体极限平衡法，对选取的24线、26线2个剖面排弃台阶平盘宽度分别为45、50、55、60 m时进行边坡稳定性计算，并得到最优的排弃平盘宽度，不同台阶宽度边坡稳定性计算结果及台阶平盘宽度优化结果如图2—图5，内排土场形态优化见表2。

通过上述图表分析可知，24线和26线平盘宽度分别为51 m和47 m时，满足边坡稳定性系数为1.3，即最优排弃平盘宽度，为了方便现场生产管理，最终采用排弃台阶平盘宽度为55 m。

图2 24线不同台阶宽度边坡稳定性计算结果

图3 26线不同台阶宽度边坡稳定性计算结果

图4 24线台阶平盘宽度优化结果

图5 26线台阶平盘宽度优化结果

表2 不同剖面内排土场形态优化

3 结 语

1）元宝山露天煤矿内排土场潜在滑坡模式是以弱层为底界面的切层-顺层滑坡模式，边坡稳定性的控制性因素是煤层底板弱层。

2）利用刚体极限平衡法分别24线、26线2个剖面不同排弃平盘宽度下的稳定性系数进行计算，通过分析确定最优的排弃台阶平盘宽度为55 m。

3）为了满足二次改河要求，内排土场排弃平盘宽度采用55 m，可以保证边坡稳定系数为1.31。

4）本次分析未考虑水的影响，下一步重点分析水对该矿内排土场稳定性的影响，同时在现场作业时，也应该采取相应的防排水措施，防止河道中的水渗透入内排土场中。

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【责任编辑：陈 毓】

Slope stability analysis and parameter optim ization of inner dum p in Yuanbaoshan Open-pit Coal M ine

BAIYu1,GAO Qiuping2
(1.Yuanbaoshan Open-pit Coal Mine,Inner Mongolia Pingzhuang Coal(Group)Co.,Ltd.,Chifeng 024070,China；2.Pingzhuang Energy West Open-pit Coal Mine,Chifeng 024070,China)

TD824.7

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1671-9816（2017）10-0004-04

2017-04-11

白 羽（1988—），男，采矿工程师，硕士，2013年毕业于辽宁工程技术大学采矿系露天开采专业，现在元宝山露天煤总工办从事采矿设计。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.002

白羽，郜秋平.元宝山露天煤矿内排土场边坡稳定性分析及参数优化［J］.露天采矿技术，2017，32（10）：4-6.