内蒙古源源禽邑源露天煤矿９６８采区边坡稳定性的研究 刘佳 李国明 （１．内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头０１４０１０；２．准格尔旗煤炭局，内蒙古鄂尔多斯０１０３００） 摘要：由于内蒙古源源能源露天煤矿９６８采区未进行专门水文、工程地质工作，露天进行水文边坡设计基础资料缺乏，设计只 能参考相邻矿山进行类比计算。因此对其进行边坡稳定性分析尤为重要，本文通过对露天矿边坡岩石采样分析，通过实验室实验得 出岩石力学参数，在应用Ｂｉｓｈｏｐ软件进行分析研究，分析出边坡的安全系数，得出相应的结论。 关键词：边坡；安全系数；稳定性分析 中国图书分类号：Ｆ４０６．３；￣８２４．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—０１５５（２０１５）０ｌ－０１７９－０２ 露天矿边坡稳定性的研究一直是露天生产的重要 环节，对露天矿边坡稳定性分析方法有瑞典圆弧法、 Ｊａｎｂｕ法、瑞典条分法、Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｍ—Ｐｒｉｃｅ法、Ｂｉｓｈｏｐ 法、Ｓａｒｍａ法、Ｓｐｅｎｃｅｒ法、陆军工程师团法、Ｎｅｗｍａｒｋ 整体性，产生位移、裂隙，对边坡的稳定性影响较大。 （３）大气降雨，尤其雨季集中的强降雨，通过裂隙 渗入边坡岩体、降低岩体强度和岩体的摩擦力，导致边 坡失衡。 ３岩石物理力学性质 表１岩石力学指标统计表 岩石 粉细砂、亚黏土 黏土 法、剩余推力法、通用条分法和楔形体法。由于该矿缺 少露天进行水文边坡设计基础资料，同时也没有进行 合理的边坡保护，所以通过Ｂｉｓｈｏｐ计算出其安全系数， 制定相应的保护措施。 １地质概况 Ｒ（ｇ／ｍ ） １．９ ２．０１ Ｃ（Ｍｐａ） ０．０ｌ５ ０．０５ Ｐｈｉ（。） １４．９３ ２０．６５ ９６８采区位于沙尔呼热精查区北部边缘部位，中生 界侏罗系上统兴仁组火山岩构成煤系沉积基底，中生 界侏罗系上统霍林河组是本区主要含煤地层，上覆地 层新生界第四系。 １．ｔ侏罗系上统兴仁组火山岩段（Ｊ３１） 分布于矿区的北部及南部珠斯花山处，岩性以灰 绿色凝灰岩、安山岩为主，构成煤系地层沉积基底。 １．２侏罗系上统霍林河组（Ｊ３２） 本组地层根据岩性、岩相特征可划分为５个岩段。 核实区缺失上泥岩段，矿区霍林河组地层由下而上分 述如下： （１）砾岩段（Ｊ３２—１）以灰～灰白色、灰绿色砾岩 为主，夹薄层细砂岩。砾岩为砾石成分为安山岩、凝灰 岩、火山碎屑岩为主，砾径一般３ｃｍ～５ｃｍ，最大５ｃｍ～ １０ｃｍ，半圆状，胶结松散。细砂岩为灰白一灰绿色，成 分以石英、凝灰质为主，局部夹薄层紫色泥岩。层厚 ２００ｍ左右，与下覆兴仁组（Ｊ３１）为不整合接触。 （２）砂岩段（Ｊ３２—２）下部灰～灰黑色砂岩为主， 夹薄层泥岩，偶见薄煤；上部为灰一灰褐色、灰～深灰 色泥岩，主夹粉砂岩，含粉砂质，偶见炭屑，岩性单一， 致密质纯，水平层理，似深水湖相。层厚１００ｍ一２８０ｍ， 与下覆地层整合接触。 ２影响露天矿边坡的因素 （１）不同成因和类型的结构面（层理层面，软弱夹 层，节理，断层等）和其与边坡的临空面相互位置关系， 会弱化边坡岩体的力学性质，降低边坡的稳定性。 （２）过去已开挖的露天坑可能会破坏边坡岩体的 泥岩 ６煤 粉砂岩 泥岩 １０煤 泥岩 １４煤 Ｉ．９８ １．２９ １．９５ １．９７ １．３０ ２．１４ １．３５ ０．４５ Ｏ．８ Ｏ．８ ０．９ １．０４ １．７ １．２６ ２７．５ ３ｌ ３１．４ ２６．４４ ２９ ２５．１８ ２９ 本区岩石强度普遍低，最低可采煤层顶板以上，抗 压强度在１．９０Ｍｐ一６６．４０Ｍｐ之间，而且试验数据表明 岩石强度随深度的变化逐渐增大，通过勘探、实验、分 析与论证，总体看来，矿区构造简单，岩层倾角小，基岩 硬度大都属岩石强度应属于半坚硬岩——软岩类，类 比类似露天矿属边坡一般条件。计算数据选择采场边 坡稳定取决于岩体强度，而岩体强度取决于岩块强度。 由于报告中无关于岩石节理，裂隙密度的统计资料，设 计中不能依此来计算岩体与岩块之间的整体凝聚力减 弱系数，只能根据临近矿山和地区相比较选取减弱系 数为０．０４５根据报告提供有限资料与类似矿山（霍林 河）经验统计岩石力学指标如表１。 ４计算基础和方法 边坡稳定与内摩擦系数，凝聚力、边坡岩性构成、 分布、地下水位等诸多因素有关，只能通预想与计算逼 近值求解。 本次设计采用Ｂｉｓｈｏｐ法进行计算，推力法进行验 算。 假想滑动模式为圆弧滑动和圆弧直线滑动， 滑动数学模型如下： 收稿日期：２０１４—１０—２３ 作者简介：刘佳（１９８４一），男，内蒙古科技大学研究生，研究方向为矿业工程。 １７９ ，＇＝一／（１＋Ｙ／Ｆ） ∑Ｚ＋Ｄ 式中： Ｘ＝（Ｃｉ＋（＇ｙｈｉ一＇ｙＩ．Ｌ．ｈｗｉ）ｔｇ￣ｉ］ＡＸｉ／ｃｏｓ￣ｉ Ｙ＝ｔｇａｉ．ｔｇ ｉ Ｚ＝￣／ｈｉＡＸｉｓｉｎｇａｉ １ Ｑ＝－￣＇－ｙｏｏ２ａ／Ｒ 对每一条块必须满足的条件： ／ｈ－ｒｗｈｗ－ｃ＇ｔｇａｉ／ｆ＞Ｏ ＝ ——、七Ｙ｜Ｆ ｃｏｓａｉ（１＋Ｙ／Ｆ）＞０．２ 式中：Ｆ一稳定系数；Ｃ 一瞬时黏结力； 一岩石容 重；ｈ一条块高度；＾ｙｗ一水位的高度； 一瞬时内摩擦 角；ＡＸ一条块宽度；Ａｉ一条块底面倾角；Ｑ一张裂隙水 的水平作用力； 一有效正应力。 ５结论 假设滑动模式为圆弧滑动，在整体边坡小于２８。情 况下，稳定系数为１．３５３由于影响露天矿边坡稳定性的 因素较多，目前完全定量化各种影响因素的条件还不 具备，只能通过对已有岩土物理力学性质参数和水文 地质参数的统计分析，并进行边坡角的初步定量计算。 但考虑到施工条件、岩体强度变化大而且多为崩解软 化岩，同时存在局部未查明小构造等结构面影响，剥离 开采工艺和附加荷载的影响，类比相邻矿山经验，稳定 系数大于１．２５。 在露天矿的设计建设过程中，还须结合施工工艺、 气候条件、附加荷载特征、工序、岩土体的现场实际特 征、平台宽度、台阶高度和地震等一系列因素的影响， 在实际开采过程中如发现弱层及其赋存状态，力学性 质对边坡稳定影响不大，可以对边坡进行调整，以取得 最大经济效益，经过对排土场边坡稳定估算得知，露天 矿排土场边坡角不大于１８。。 参考文献： ［１］张世雄．固体矿物资源开发工程［Ｍ］．武汉理工大学出 版社，２００５． ［２］露天采矿手册［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９９６． ［３］蔡美峰，等．岩石力学与工程［Ｍ］．北京：科学出版社， ２００８． （责任编辑：焦蓬华） （上接第１６８页） 工作时，将手动换向阀手柄置于“刮斗机一正”工 作位置时，马达带动刮斗机输送链移动，并由输送链条 带动集料螺旋同时旋转，集料螺旋旋转时将水仓中的 煤泥从丽端收集到刮斗上，再由链上刮斗收刮到料斗、 矿车中。集料系统工作时，由于煤泥高度的不同，可以 操作手动换向阀控制刮斗机油缸工作，使集料螺旋升 降到合适的工作位置进行工作。由于某种原因造成刮 斗机或集料螺旋卡住时，可以操作手动换向阀的手柄， １８０ 使刮斗机进行反向旋转使刮斗机退出卡料状态。 （８）设备行走控制系统。设备行走控制系统由吸 油过滤器、双联齿轮泵、手动换向阀、手动换向阀、履带 液压马达组组成。 工作时，将手动换向阀、手柄同时置“进”位置时， 液压马达带动行走履带向前行走，整机设备前￣一ｆｑ－；将手 动换向阀、手柄置同时置“退”位置时，液压马达带动行 走履带向后退行；将手动换向阀、手柄置前后放置时， 液压马达带动行走履带使整机设备左右转向。 （９）电气系统。本设备的电气装置由一台装载机 用矿用隔爆兼本质安全型真空控制箱ＫＸＪＺ一１２０／ １１４０（６６０）ｚ控制。本控制箱控制清挖车的油泵电机 的起停，可本地或者远距离控制，除此之外，本控制箱 还具有漏电闭锁、短闭、过流、断相、过载等多种保护。 可以显示本控制箱的工作状态，并能灵活地整定负载 电流的大小。 ５煤泥清挖输送车工作原理 设备起动后，刮斗机马达带动刮斗链及其上的刮 斗开始运动，刮斗链同时驱动螺旋集料机构上的从动 链轮旋转，集料螺旋机构在其上的链轮的驱动下进行 旋转。由于集料机构上的螺旋为对称布置，在其旋转 过程中将水仓前部及在螺旋收集范围内的煤泥在螺旋 斜面的推动下向中部刮斗槽中运动。当煤泥被推到刮 斗中后，刮斗机上的刮斗将煤泥沿刮斗槽输送到刮斗 机尾部的卸料接口。泵送机构的主油缸带动料缸通过 摆动油缸带动的Ｓ摆阀从料斗中吸出煤泥浆的同时， 男一组泵送机构的油缸带动料缸将已经吸入的煤泥浆 从泵送输出管挤压到高压管中，由高压管再送配到指 定地点或煤泥处理装置中。工作过程中，整个设备通 过履带行走底盘的移动和刮斗机升降油缸的升降等动 作的配合，连续不断地将水仓或沉淀池中的煤泥、煤泥 浆等物料输送到指定地点，从而完成井下水仓或沉淀 池的清淤工作。 ６煤泥清挖输送车清淤优点 可实现机械化清淤并直接将淤泥压制成煤饼装进 矿车运走，避免人员进入水仓，减少了职工劳动强度。 同时，４名清仓工每天至少可清理淤泥６０ｍ ，大大提高 了清仓效率，清理完一个水仓（一水平小仓）最多需要 ２０天，缩短了清仓周期，有效提高了水仓清理速度和水 仓抗击水灾能力。 ７结论 自使用煤泥清挖输送车代替原有人工清淤以来， 清淤效率可提高１倍以上，清仓工人数可减少１／３，清 仓周期可缩短１０天以上，在确保水仓抗击水灾能力的 前提下，对矿井减员增效起到了积极作用。 （责任编辑：焦蓬华）