露天煤矿内排土场边坡参数设计与控制措施研究

露天煤矿内排土场边坡参数设计与控制措施研究摘要：露天煤矿安全生产的关键在于边坡稳定性用本文以内蒙古自治区乌海市某露天煤矿达到内排安全距离为背景，设计该煤矿内排土场边坡排土参数，通过数值模拟方法对三种设计参数的边坡稳定性做出评价，选取最优排土参数，并分析影响边坡稳定性的因素，提出边坡稳定性控制措施用露天开采是世界应用占比最高的采矿方式2023年还不到我国煤矿总数十分之一的露天煤矿开原煤产量占总产量的25%#由此可见露天煤矿在我国能源结构中占有重要位置用而露天开采中开边坡¹是安全生产的最大制约因素其稳定性时刻关系矿山的经济效益而排土场边坡l²因抛弃物堆叠影响因素多且复杂确定好排土场边坡稳定性系数³开分析其安全性开是露天煤矿生产的重中之重本文以内蒙古自治区乌海市某露天煤矿达到内排安全距离为背景开设计露天矿排土场排土参数用数值模拟校验排土参数的合理性开进行方案优选并根据煤矿情况给出边坡稳定性控制措施开保障安全高效生产煤矿位于乌海市海勃湾区南约8km处开行政区划隶属乌海市海勃湾区现为露天开采核定年生产能力为120万t采用工作帮移动坑线双出入沟的开拓方露天采坑位于矿区东北部分为一个开采水平最大采边坡70°采坑底部无积水外排土场位于矿区西南部最终排放标高1280m前期对外排土场西部已治理完毕曲随着露天开采工作线推进开该煤矿工作帮坡底线到内排土场已达到最小内排安全距离可以本区含煤岩系岩石主要为粗砂岩、细砂岩、泥砂岩及泥岩煤层顶底板岩石为软弱-半坚硬岩层为主的稳固性差用据矿方提供的勘察报告确定勘查类型属第三类第二型即以层状岩类为主开工程地质条件中等类型矿床用根据矿方提供的资料开对各岩层黏聚力指标采用经验折减并结合煤矿工程地质情况确定岩土体物理力学指标如表1所示用容重(kN/m)内摩擦角(°)第四系煤度特征选取地质类型类似的露天煤矿用预测和评估程中用主要分析从现有边坡的形成历史和已经发生的变形破坏依据发育规律中的发生周期性和阶段性特征追溯潜在滑坡体的变形发育史判定所处阶段分析边极限平衡法依据边坡滑体或其分块的力学平衡原2则，剖析边坡在不同破坏形态下的受力状况，并通过比较滑体上的抗滑力与下滑力的关系，评估边坡稳定性。计算时，对浅部边坡主要破坏形式为圆弧面滑动，沿着圆弧破坏面寻找最危险滑弧，求出稳定性系数，再用直线法比较计算。深部边坡可能在煤岩地层内发生圆弧面滑动破坏外，还可能沿软弱结构面发生平面滑动破坏，计算时先按圆弧面滑动破坏找出最危险滑面，并结合实际软弱结构面、地层位置，确定深部边坡的直线和边坡安全储备系统是评价边坡是否稳定的决定性定量参数，而极限平衡法以简洁的计算模型、精确量化的参数设定，以及直接且实用的稳定性评估结果，在边坡稳定性分析中展现显著优势，受到行业工作者青睐。本研究采用极限平衡理论作为主要分析工具，利用3.5安全储备系统确定性分析计算中的关键量化指标，紧密关联边坡设计的经济合理性与安全可靠性。边坡稳定性安全系数F₅表2边坡安全系数Fs选用表服务年限(a)安全系数(Fs)临时内排土场边坡4排土场边坡稳定性分析三种排土参数表(见表3～表5),并建立模型，运用Geo-studio的slope模块对排土场进行稳定性分析(见图1～图3)。图1方案a稳定性分析台阶编号12345678台阶边坡角台阶高度表4排土参数方案b台阶编号1234567台阶边坡角台阶高度图3方案c稳定性分析表5排土参数方案c台阶编号1234567台阶边坡角台阶高度平盘后期作为道路平盘使用，不作考虑。C方案台阶高度增加5m,且稳定性系数1.209为临界值，所以选根据上述b方案排土参数，对矿区排土场边坡的运动矢量以及剪应力做出分析，见图4及图5。3从运动矢量图可以看出，排土场在重力作用下整体运动趋势为向右下方移动，因排土场为人工松散堆叠体，比较松散，在排土场的坡脚处有挤出趋势从剪应力云图可以得知，排土场的下部台阶剪切应力比较集中，这与运动矢量图表现相符；排土场的最危险滑移面位于第四个台阶，此处剪切应力比较集中，运动矢量较明显，较其他台阶更易发生滑坡，与slope模块分析结果相符5边坡防治措施排土场边坡稳定控制是保障露天煤矿安全生产的前提，排土场边坡稳定性的影响因素主要分为内部因素和外部因素用内部因素是边坡失稳滑坡的根本原以及地下水的存在状态用外部因素是促使边坡滑坡的外部诱因，包括爆破、打桩、边坡开挖等活动带来的载荷变化，以及降雨、降雪等导致的土体含水量变化，进而降低土体抗剪强度和抗滑力露天矿排土场边坡的失稳破坏是多因素综合作用的结果，不同因素导致的失稳机理各异，且各排土场所处的环境和应力状态各不相同用精确识别影响排土场稳定性的关键因素，对研究排土场的破坏模式及采用稳定控制技术至关众多露天煤矿的工程实践与研究揭示，排土场边坡的稳定性受多方面因素共同作用与制约，包括但不限于基底的地质构造条件、气候条件与水的作用、排土作业的技术方法，以及排弃物料的物理力学特性#这些因素彼此关联、相互影响用边坡失稳通常是多种因素耦合作用的结果，无法通过单一因素分析判断边坡失稳原因用因此，必须融合分析和考虑各种影响因素，多角度提出综合性边坡稳定性控制措施露天矿边坡的防治策略多种多样，主要可归结为三大类：削坡与压坡脚、增加或保持边坡岩体强度以及人工加固用这些策略中，预防是首要任务，治理是辅助手段，且这一理念贯穿露天矿的设计、施工及生产全过程用现针对该煤矿内排土场边坡稳定给出以下控制措施用①强化边坡管理工作，严格按照台阶设计参数进行排土及维护保养在确保边坡管理遵循严格标准基础上，关注并落实各项维护与保养措施在生产期间，应强化边坡管理的执行力度，如实施严格的洒水降尘制度，能够遏制风沙扬尘，防止排土场产生尘土污染同时，保持排土场台阶及坡面平整，降低坡面遭受侵蚀并形成冲沟的风险，对于已出现的冲沟应及时整修，并对平盘及坡面出现的裂缝进行监测与处理，确保整体②夏季加强排土场东帮监测用该煤矿内排土场东侧存在两条季节性冲沟，因边坡疏干条件差，易导致边坡稳定性降低，即便进行排土参数调整，也会因为调整不及时导致无法达到理想状态在东帮坡脚修筑围性径流冲击边坡；夏季雨水充沛期，要派专人监管，加③构建并完善地质灾害监测体系，明确各方责任，确保该体系能够持续、有效运行对发现的隐患区要采取专门安全措施，进行勘查、评价与治理工程设计用定期进行边坡稳定性评价分析#在接近最终设计的排土场形态之前，需对边坡进行稳定性分析与评估用④进行排土场边坡地形设计用边坡的地形设计实质上是设计较为合理的边坡形状，既可以增强边坡稳定性，又能防治水土流失用s型坡是天然坡面在历经地质年代漫长的侵蚀力与沉积力相互作用后，达到平衡且稳定状态，坡面所受侵蚀程度最小用设计成这种形状时，控制了径流对坡面的冲刷力，效果最佳；由于场地及施工条件等因素