抚顺东露天矿排土场边坡稳定性研究_李焕忠

采矿工程
露天采矿技术
2013 年第 7 期
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抚顺东露天矿排土场边坡稳定性研究
李焕忠，尹有德
（抚顺矿 业 集团有限 责任 公司 东 露天矿，辽宁 抚顺 113004）
摘
要： 由于东露天矿的排土场主要是西露天矿 坑， 其深度达 480 m， 排 土作业需要自 下而上逐 渐形 成 排
土台阶， 这 样就需要将东 露天矿的剥离 物从东露天矿 坑 内 运 输 到地表 ， 再 从 地表 将 剥离 物 反 向运 输 至 西 露天 矿 坑下部进行排 土。通过对西露天矿内排土场边坡稳定性研究， 合 理的 对 排 土 场 进行 排 土， 保 证 排 土 场边坡 的稳定， 为我矿的 安全生产提供 保障。 关键词： 排土场； 边坡； 稳定性分析 中图分类号： 文献标识码： TD 824.7 B 1 东露天矿概况 东露天矿田是抚顺煤田的一部分，隶属抚顺矿 业集团 。 东露天矿田位于抚顺煤田的东部， 东西长 6 km， 南北宽 2.5 km ， 面积约为 12 km2。 60 年代 、 70 年代多次兴 东露天矿经过 50 年代 、 建开发， 大部表土已被剥离， 形成走向长 6 km， 深 20 ～ 40 m 的矿坑， 油母页岩富矿和局部煤层露头已被揭 开， 已形成多个富矿和剥离台阶， 目前已经形成年产 煤炭90 万 t， 油母页岩富矿 600 万 t 的能力。 2 抚顺东露天矿排土场排土现状 东露天矿与西露天矿比邻， 且西露天矿已形成了 一个巨大的矿坑， 到界的西露天矿坑为东露天矿排土 提供了排土空间。因此， 西露天矿坑作为东露天矿的 排土场既解决了东露天矿外排土场选择问题， 可以避 免购地， 又可以回填西露天矿坑， 实现矿坑回填造田， 解决废旧矿坑的边坡稳定问题、 改善矿区的生态环境。 2．1 西露天矿开采现 状 抚顺矿业集团有限责任公司西露天矿位于抚顺 市望花区古城子街， 矿坑东西最长 6.6 km， 南北最宽 2.2 km ， 矿坑面积 10.865 8 km 。 西露天矿目前实行
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影响内排土场边坡稳定性的主要因素 1 ） 内排土场基底。 内排土场排弃物料沿端帮剥离
岩体力学指标表
切层 １５ ２０．０ １４．０ ５．８ ３．０ １１．８ ３．７ ３．０ ４．０ ２．６７ C ＝０．０ ｔ · ｍ－２ 内摩擦角 Φ ／ ° 容重 · ｍ－３ 顺层 切层 ／ｔ １６ ２２．５ ２３ ３４．７ １６ ２２．５ ３５．５ １７ ２５ ２２ １６．１２ φ＝２９ ° ３０ ３６ ３５ ３４．７ ２５ ３２ ３５．５ ２５ ２７ １６．１２ ２．３ ２．１ １．５ １．６ ２．３ ２．３ ２．８ １．５ ２．３ ２．３ ２．３ １．７５
部由软质凝灰岩 、 硬质凝灰岩 、 玄武岩组成， 但是西 部 25 卷公路坐落在玄武岩上，整体边坡是稳定的， 但局部边坡由于下部 A 层煤自燃发火烘烤， 致使岩 体破碎， 局部台阶稳定性较低， 随着采剥结束后的回 填压脚， 稳定性提高 。 西端帮+9 水池下部边坡处于西端帮背斜的东南 翼， 其排弃基底为软质凝灰岩， 曾是滑坡多发地区 。 实施了一系列防排水及加固工程，并且随着下部电 铁系统南延的大量内排， 确保了西端帮的稳定 。 2） 北帮 。W700-W100 倾倒滑移变形区， 变形原 因主要为： 地表 、 地下水的影响； 不良的地质构造影 响； 平峒开采的影响 。通过采取了地表防渗 、 削坡减 重、 拦截地表水工程， 现有水沟进行防渗处理工程 、 疏干工程、 回填压脚工程 、 加强北帮地表变形区域的 边坡监测工作， 该区稳定性明显增强 。 EW0-E800 高段采区整体边坡是稳定的 。 由于 该区旧采迹较多， 岩体受到重复扰动， 节理 、 裂隙发 育， 较 EW0-W300 高段采区岩体破碎 。 胜利井工开 采实践表明，该区有多组与煤走向斜交的小断层构 造， 对局部高段台阶稳定极为不利， 易产生局部滑落。 E700-E1300 沉陷滑移变形区， 由于实施了疏干 放水，削坡减重及钢轨预制板档墙等一系列综合治 理工程， 该区稳定性明显增强 。 3 ） 东南帮 。 E2400 以西边坡主要由硬质凝灰岩 和玄武岩构成， 边坡是稳定的 。 E2400 以东， ±0 ~ -56 边坡主要为软质凝灰岩， 曾发生过多起段坡滑落 。 但 由于近年来实施了大量防排水工程和加固治理工程 后， 边坡稳定状态已得到很大改善， 但该区的防治工 作仍需不断加强 。 -56 以下边坡由于采煤降深， 南北 倾向断层不断露出， 易沿断层面发生顺层滑坡， 但随 着东南帮 A 层煤的采剥， 起到了减重的效果 。 4） 西南帮。E200 以西边坡主要由软质凝灰岩构 成， 地质条件较差， 但由于实行大规模汽车内排， 边 坡稳定性逐年提高 。 E200 以东由于煤底板为硬质凝灰岩， 而且较薄， 或局部与玄武岩接触， 边坡是比较稳定的 。 4 内排土场边坡稳定性研究 在西露天矿坑形成内排土场，其边坡高度将达 200 余米，且西露天矿坑又受到北部地表河水的影 响，危及内排土场的稳定性 。采用较高的排土台阶 后， 台阶的稳定性问题也很突出， 将会直接威胁排土 设备的安全性 。 因此， 必须确定合理的排土参数并对
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文章编号： ）07 － 0029 － 04 1671 － 9816（2013 降深标高 -335 m， 平均 -290 m ， 东区坑底最深标高 200 m， 平均为 -185m。截至 2009 年末尚有地质储量 714.24 万 t， 可采储量 597.58 万 t， 尚可服务 8 a。 2.2 排土场排土现状 西露天矿有近百年的开采历史， 矿坑东西长 6.6 km， 南北宽 2 km， 最终采深 480 m， 坑下内排土场经 过多年的建设已形成规模 。由于西露天矿汽车与电 铁剥离所占的比重发生变化， 汽车剥离量逐年增大， 电铁剥离量相应逐年减少， 电铁内排线由 10 条减至 4 条 。-80 m 水平以下改为汽车排土场； -80 m 水平 以上现有 172＃、 排 141＃、 143＃、 132＃ 4 条 电 铁 内 排 线 ， 土能力约为 500 万 m3/a。 4 条电铁排土线主要负责 东露天矿的剥离物排弃 。汽车内排土场主要负责西 露天矿的剥离物排弃 。 1 ） 汽车排土场排土现状。 抚顺西露天矿内排土汽 车排土场分为西区排土场和东区排土场， 2010 年， 全 年汽车排弃量 472.0 万 m3。其中： 绿土 250.0 万 m3， 贫 矿 90.0 万 m3， 残采剥离量 40 万 m3， 富矿开采过程中 发生量 31.0 万 m3， 洗煤渣子等物料 61 万 m3。 2010 年 西 区 排 土 场 全 年 汽 车 排 弃 量 432.0 万 m； 东区排土场全年汽车排弃量 40.0 万 m3。 2） 铁道工艺排土场排土现状 。 目前， 西露天电铁 内排主要为东露天剥离物， 电铁内排有 4 条排土线， 分别为 172＃、 141＃、 143＃、 132＃ 4 条电铁内排线，排土 能力为 500 万 m3/a。 3 西露天矿边坡概况 边坡变形情况 根据西露天矿矿坑边坡岩体的工程地质条件和 水文地质条件，结合变形破坏模式和机理可划分为
分区开采 、 联合运输 、 内部排土的整体方案， 采煤方 法采用东西拉沟， 水平分层， 南北推进的方法， 剥离 和原煤均需穿孔爆破后用 4 ～ 10 m 电铲采装， 剥离
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及煤炭采用 10 ～ 108 t 大汽车运输。目前， 西区坑底
收稿日期： 2013-02-06 作者简介： 李焕忠 （1968） ， 男， 地质工程师， 1990 年毕业 于原辽源煤炭工业学校， 现在抚顺矿业集团东露天矿从事地 质、 边坡工作。
粘聚力 C ／ｔ · ｍ－２
台阶或煤层底板排弃， 在排弃物荷载作用下， 产生变 形， 表现为底板隆起； 当排水不畅时， 排土场含水增 加， 水位上升， 基底产生软化， 造成土岩沿基底滑移 。 2） 地下水。 煤层是主要含水层， 煤层水向内排土 场渗透， 使水位上升， 产生动 、 静水压力； 随含水增 加， 排弃物和基底泥岩力学强度指标弱化， 增加了下 滑力， 减小了抗滑力 。 3） 排弃物荷载作用 。 内排土场排弃高度越高 、 内 排土场边坡角越陡， 对基底压力越大 。 4.3 内排土场边坡稳定性研究 对西露天内排土场西端帮排土现状边坡稳定性 进行分析， 选取了典型剖面， 见图 1。 采用 bishop 方 法计算整体边坡稳定系数 fs = 2.3， 边坡稳定系数满 足储备系数要求， 其边坡是稳定的 。
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4 个边坡部分和 7 个变形小区。4 个边坡部分： 北帮 切层边坡部分 、 南帮顺层边坡部分 、 西端帮内排边坡 部分、 东端帮小构造边坡部分 。 7 个变形小区:即内排 散体圆弧变形区 、 内排平硐开采下沉区 、 东南帮顺层 变形区 、北帮 E700-E1300 座落式沉陷滑移变形区 、 北帮 W700-W100 倾倒滑移变形区 、 北帮一段站倾 倒滑移变形区 、 东端帮节理、 断层构造变形区 。由于 各区变形机理不同， 呈现出了不同的变形状态 。 1 ） 北帮切层边坡部分 。 北帮 E700-E1300 沉陷 滑移变形区 。 监测网络观测点的观测数据表明， 边坡 变形值已明显降低， 逐渐趋于稳定蠕变变形状态 。 2） 西端帮内排边坡部分 。 西端帮 W1500-W1800 进行了界外煤开采， 整体边坡由软质凝灰岩 、 硬质凝 灰岩、 玄武岩组成， 上部 25 卷公路座落在玄武岩上， 从观测资料上看没有下沉和变形， 整体边坡是稳定的。 西端帮一段站倾倒滑移变形区由于地下水 丰 富， 岩石力学强度较低， 其下部 W2100-W1650 进行 了界外煤的开采， 曾一度造成该区变形加剧， 甚至危 及到上部计军变电所及一段站干线，但由于该区迅 速实现回填压脚， 并进行了大量防治水工程， 边坡变 形已明显减缓， 逐渐趋于稳定蠕变变形状态 。 西端帮电铁内排土场变形数据表明，从下至上 没有出现叠加变形情况，并且水平位移值远远小于 下沉变形值，说明内排边坡尚没有出现整体变形的 趋势， 内排边坡尚未脱离基底台阶的支撑 。 西端帮汽车内排土场变形数据表明，从下至上 出现叠加变形情况，并且水平位移值基本等同于下 沉变形值， 说明内排边坡出现整体变形的趋势， 内排 边坡已脱离基底台阶的支撑 。 3 ） 南帮顺层边坡部分。 南帮中部 W100-E200， 268 汽车公路变形区从观测资料上看下沉和变形明显减 小， 压密变形减小， 该区边坡处于压实阶段 。 南帮 W700-W100， 汽车内排边坡基底是软质凝 灰岩， 出现了不同程度的变形 。 东南帮 E2400-E3500 为 A 层煤开采和东端帮 回填系统， 一坡到底煤层底板下部为凝灰岩， 边坡切 层和应力释放造成坡面破碎是该区变形的特点 。 4） 东端帮小构造边坡部分 。东端帮变形区主要 受下部切层和南北倾向断层及节理面控制加之大气 降水渗入， 使该区产生变形， 在 E3200-E3400 发生 滑坡也是沿南北倾向断层滑动所致 。 3.2 边坡稳定情况 1 ） 西端帮 。 西端帮 W1500 ～W1800 整体边坡东