内蒙古某露天煤矿内排土场边坡稳定性研究

张春锋，曹方智

（内蒙古矿业集团石墨新材料有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

内蒙古某露天煤矿内排土场边坡稳定性研究

张春锋，曹方智

（内蒙古矿业集团石墨新材料有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

重点对该矿内排土场边坡稳定性进行研究，对边坡参数及排弃高度变化对边坡稳定性的影响进行了分析；对内排土场排弃参数进行了优化，以对今后排土场的排弃参数、高度及稳定性提供依据。

露天矿；内排土场；排弃高度；边坡稳定

Abstract：This article focuses on researching slope stability of internal dump,analyzes the effect of slope parameters and discharge height on the slope stability,optimizes the dump parameters,which provide the basis for the discharge parameters,height and stability in dump.

Key words：open-pitmine;internal dump;abandoned height;slope stability

1 概 况

该露天煤矿位于阿拉善左旗敖伦布拉格产业园区西北部，距产业园区约10 km。地理坐标介于东经106°04′00″～106°12′00″、北纬 40°19′56″～40°25′18″，北侧有临哈高速，临策铁路横贯园区东西。

该露天煤矿设计开采能力为500万t/a，于2003年10月正式投产。目前主要开采3#、5#煤层，煤炭年产量达400万t/a，采煤工艺为单斗-卡车-半固定破碎站的半连续工艺，剥离采用外委作业方式。

本文拟通过研究边坡参数及排弃高度变化对边坡稳定性的影响及研究内排土场排弃参数、边坡参数优化等，对今后内排土场的排弃参数、高度及稳定性提供依据。

2 内排土场特征

截止2016年9月，该露天煤矿内排土场最高标高为+712 m，形成9个台阶，整体内排边坡角11°，单台阶高度约20 m，最小平盘宽度37 m，最大130 m，平均宽度80 m，单台阶坡面角36°～38°，内排土场排弃物料的主要成分为粉砂岩、中砂岩、泥岩、热值低的废煤、少量第四系土体；由于内排土场基底赋水，为防止基底水进入排弃物料内部，矿方采用人工铺设约2 m厚的泥岩散料，对基础进行处理，保证了边坡的稳定。

3 岩土物理力学性质指标

该露天矿在矿山建设、生产过程中，与109勘探队、中煤科工集团西安研究院、中煤科工集团沈阳研究院等许多科研院校、单位合作，对各类岩土体的物理力学性质已经进行了大量的试验研究，积累了比较丰富的成果和资料。

由于矿区内岩体节理裂隙不发育，岩体呈层状分布，故岩体强度指标主要取决于岩块的强度参数，并类比以往矿区的岩土体物理力学参数，综合得出了该露天矿边坡稳定性计算与分析将采用的岩土体物理力学指标，岩土体物理力学指标推荐值见表1。

4 内排土场边坡稳定影响因素分析

综合分析该露天矿工程地质条件与采矿条件，影响内排土场边坡稳定性的主要因素如下：

表1 岩土体物理力学指标推荐值

1）东帮渗水对岩土体强度的影响。东帮渗水是内排土场基底及坡体内部地下水的主要来源，是影响内排土场稳定性的关键因素。

2）堆置高度。当排弃物堆置较高时，会对泥岩基底产生巨大的荷载，在水的渗透作用下，极易产生沿地基软弱层的滑坡。当基底承载力允许时，增加排土台阶数，使排土场的整体边坡角变小，排土场的稳定性得到改善。该因素是影响内排土场稳定性的主要因素。

3）基底承载力。当排土场坐落在软弱岩土体上部时，承载力问题便成为影响边坡稳定性的关键因素，必须对基底承载力进行严格的核算，当承载力满足要求时，才能考虑排土参数的优化。该因素是影响内排土场稳定性的主要因素。

4）泥岩散料的影响。根据工程地质勘察报告，在该矿内排土场底部赋存有薄层人工堆弃泥岩散料弱层，由于该弱层抗剪强度指标较小，需考虑上部岩土体沿该弱层发生顺层滑动的可能性。该因素是影响内排土场边坡稳定性的主要因素。

此外，排弃物料的性质，边坡的坡形的坡度以及地下水在边坡中渗流所引起的渗流力等，都是边坡失稳的重要因素。

5 排弃高度对边坡稳定性的影响

5.1 排弃高度变化对排弃物料的物理性质的影响

排弃高度变化对排弃物料的物理性质的影响表现为两个方面：①改变排弃物料的固结特征；②影响了排弃物料的物理性质。

该露天矿内排土场的物料为由泥质粉砂岩、粉砂岩、泥岩、弃煤等组成的散料，其不同级配的组合混排，表现出不同的固结特性，造成内排土场不均匀沉降，使内排土场一些平盘出现不同规模的沉降裂缝，而排弃高度的增大，明显加剧了内排土场不均匀沉降。伴随出现的沉降裂缝破坏了排土场内部的结构，加快地表水入渗和侧向地下水的补给，不利于边坡稳定。

5.2 排弃高度对边坡稳定性的影响

在现状条件下，单台阶高度20 m、平盘宽度85 m、坡面角36°，结合内排现状排弃高度和设计排弃高度分别设定排弃高度155、160、170、225 m对整个排土场稳定性的影响。

现采用GEO-slop软件，采用Morgenstern-Price方法定量计算，不同排弃高度对边坡稳定性的影响，具体以3#剖面为基准，计算结果见图1。

图1 排弃高度与安全系数的变化曲线

根据计算结果分析：在既定条件下，边坡稳定系数与排弃高度基本呈反比关系，但降幅偏小，主要是受总体边坡角较小影响，排弃高度增大的影响被弱化。当排弃高度达到200 m时，安全系数为1.28，基本满足要求，但潜在滑面伴随排弃高度后移，滑体不断增大，危险性增大。

6 内排土场排弃参数优化

6.1 排土段高

该露天矿内排土场台阶坡面角约为36°，当坡面角固定时，计算不同高度（12～26 m）情况下排土台阶的Fs值，单台阶高度20 m时Fs值随单台阶高度变化曲线如图2所示。在排土台阶Fs值满足1.2的条件下，极限排土高度为21 m，根据现场实际情况，设计平盘高度为20 m是合理的，排土台阶高度建议仍采用20 m。

图2 Fs值随单台阶高度变化曲线

6.2 极限边坡角

按排土总高度为200 m进行分析，当排弃总高度固定时，计算不同帮坡角（7°～17°）情况下排弃边坡的Fs值，绘制出Fs值随总体边坡角变化曲线如图3所示。在排土边坡Fs值满足1.2的条件下，结合内排土场实际采矿条件与地质条件，总体边坡角极限值为12°。

图3 边坡高度200 m时Fs值随总体边坡角变化曲线

6.3 最终平盘宽度

该露天矿排土场单台阶高度为20 m，台阶坡面角为36°，总体边坡角极限值为12°。当单台阶高度、单台阶坡面角和总体边坡角已知时，根据总排弃高度即可计算出最终平盘宽度值。通过分析得知，该露天矿排土场最终平盘宽度最小约为75 m。

6.4 内排土场排土参数确定

基于优化结果，综合考虑内排土场地质条件、地下水分布情况、气候条件、岩土物理力学性质、采矿条件、运输及排弃方式以及排土场地形地貌等因素，并参考初步设计、排土规划等文件，确定内排土场技术参数见表2。

表2 内排土场技术参数

7 结论

边坡滑坡是露天矿安全生产的重大隐患之一，露天矿边坡的稳定与否，直接关系到煤矿能否正常生产。露天矿边坡研究与治理工作是煤矿技术工作不可缺少的一部分。结合该露天煤矿内排土场边坡特点，制定内排土场滑坡防治指导建议：

1）开展工程地质及水文地质工作，查明影响边坡稳定的各种地质条件及其它因素。每年对已经出现的滑坡提出整治方案，并做好施工中的治理工作。

2）水是造成边坡滑坡的主要因素。对于地下水威胁边坡稳定的区域，需进行必要的疏干工作。在采场、排土场四周，建立完整的防排水系统。每年雨季前，应进行全面检查、维修。

3）控制排土场外推线的推进速度，给排土场一定的固结时间，以便增加排土堆场的抗压强度，采用多点排土或者交替排土，可以缓和这个矛盾。

4）内排土场目前已形成排弃高度超过150 m，属于高度堆弃边坡，安全性较差，建议完善边坡监测系统的，现有GPS边坡变形自动监测系统，利用率较低，监测范围小，建议扩大监测范围和监测点数量，随时掌握边坡的变形状况，对可能失稳的边坡及时发现、及时处理，最大限度地保证人民的生命财产安全，减小损失。

［1］芮勇勤，徐小荷，张天文，等.布沼坝露天矿西北帮边坡潜滑体控制［J］.东北大学学报，2000（1）：26-29.

［2］安海堂，刘平.新疆伊犁地区黄土滑坡成因及影响因素分析［J］.地质灾害与环境保护，2010（3）：22-25.

［3］彭洪阁.开采扰动对露天煤矿边坡稳定性影响机理［D］.徐州：中国矿业大学，2010.

［4］舒继森.露天煤矿边坡稳定关键影响因素及边坡治理与采矿一体化方法研究［D］.徐州：中国矿业大学，2009.

［5］李聪.边坡变形与稳定性演化预测预警方法研究［D］.

武汉：武汉大学，2011.

［6］吴学民，曹兰柱，贾兰，等.深凹露天矿高陡边坡稳定性分析与设计优化［J］．露天采矿技术，2008（S1）：41-42.

［7］潘建平，黄润秋，许强.攀枝花露天矿排土场边坡稳定性的三维数值模拟研究［J］．成都理工学院学报，2002（3）：329-333.

［8］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：北京科技大学，2005.

【责任编辑：陈 毓】

Study on slope stability in the internal dump of open-pitmine

ZHANG Chunfeng,CAO Fangzhi
(Inner Mongolia Mining Group Graphite New Materials Co.,Ltd.,Huhehaote 010000,China)

TD824.7

B

1671-9816（2017）10-0030-04

2017-05-12

张春锋（1982—），男，山西大同人，本科，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现任内蒙古矿业集团石墨新材料有限责任公司专业项目经理。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.009

张春锋，曹方智.内蒙古某露天煤矿内排土场边坡稳定性研究［J］.露天采矿技术，2017，32（10）：30-32.