新疆马朗一号露天煤矿边坡稳定性分析

新疆马朗一号露天煤矿边坡稳定性分析

孙普光

新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队 新疆维吾尔自治区  830000

摘要：由于我国独特而复杂的地质条件及社会发展需求，滑坡和高边坡的稳定性已成为具有中国特色的一个重大工程问题。露天矿边坡作为大型人工边坡，其稳定性直接关系到生产与人民生命财产安全，从而影响国民经济的发展。因此，对露天煤矿边坡稳定性的工程地质预测方法进行研究具有重要的意义。

关键词：工程地质   开采  防治

一、工程地质岩组特征

井田内主要分布有第四系、古近系、白垩系、侏罗系及石炭系地层。

（一）松散岩组（A）

全区分布，由风积、残积亚砂土和地表砾石组成。近地表处发育有盐碱胶结的盐碱壳，胶结较好，坚硬，遇水即散，平均厚度3.92m左右。该岩组一般无胶结，为散体结构，结构体呈颗粒碎屑状，遇水塌陷，伴有地基沉降、边坡坍塌位移，属极不稳固型。

（二）风化岩组（B）

古近系安集海组、白垩系及侏罗系浅部风化层，风化深度一般 50m。 该组地层岩石完整程度遭受破坏，成碎块状、薄饼状及短柱状，近散体结构（Ⅳ），风化裂隙较发育，一般岩石结构未发生改变。经风化后岩石力学性质有所降低，略低于新鲜岩石，属不稳固型。

（三）无煤岩组(C)：

侏罗系下统三工河组地层、未风化的古近系安集海组、未风化的白垩系下统土谷里克群和侏罗系中统头屯河组地层为无煤岩组，该岩组不含煤。为湖泊相沉积，底部为灰色、黄绿色砾岩夹粗砂岩细砂岩，中上部为灰、灰绿、紫红色泥岩、泥质粉砂岩夹砂岩、细砂岩、迭锥灰岩和炭质泥岩的薄层，常见水平纹理及微波状层理，与下伏的八道湾组地层呈整合接触，局部区域与石炭系呈不整合接触。三工河组地层厚16.65-54.27m，平均厚34.95m。Ⅲ、 Ⅳ、Ⅴ级结构面均发育，彼此交切的结构面多被充填，或为泥夹碎屑、或为泥膜。结构面光滑度不等，形态不一。结构体形态为碎屑和大小不等、形态不同的岩块。易形成小型岩层滑动，易软化泥化。结构面摩擦系数一般 0.20－0.40。岩石的机械强度低于同类岩石的正常范围，属不稳固型。

（四）含煤岩组（D）

侏罗系中统西山窑组和侏罗系下统八道湾组地层为含煤岩组。为河流湖泊相沉积，地表出露岩性为褐黄、黄灰、灰白色泥岩、泥质粉砂岩、砂岩夹炭质泥岩，菱铁矿结核或薄层、方解石脉、灰岩透镜体、铁化木等，局部含砾岩。西山窑组地层孔控制厚度平均 174.39m。八道湾组地层在井田内未见出露， 为河流相沉积，上部为泥岩夹薄煤、煤线，中下部为灰白色中、粗砂岩，底部为灰白色砾岩。八道湾组地层钻孔控制厚度平均 74.58m。岩石为薄层或中厚层状结构，结构体呈块状、楔状。Ⅳ、Ⅴ级结构面为主，结构面摩擦系数一般小于 0.20。基本为软质岩石，易软化，坍塌、滑移、压缩变形均可产生。岩体的变形破坏受软弱结构面的规模、数量、特性及其组合特征所决定。

四、露天开采区工程地质条件

井田整体构造形态为走向北西—南东向，南倾的单斜构造形态，地层倾角变化范围为12°-60°。受马朗凹陷西向斜影响，西部局部发育小的折曲，地层倾角有一定变化，由西至东倾角变缓。

1、露天矿边坡勘探

（一）边坡类型：

1、首采区：整体构造形态为走向北西—南东向，南倾的单斜构造形态，地层倾角变化范围为12°-60°。构成露天底帮为侏罗系中统西山窑组的1号煤底板之下的粉砂岩、粗砂岩、砂砾岩、细砂岩，局部为泥岩。端帮以粗砂岩、粉砂岩、泥岩为主，另有细砂岩和砂砾岩。顶帮（工作帮）岩性以砂砾岩、泥岩、粉砂岩和粗砂岩为主。

本井田岩性组合比较复杂，饱和状态下单轴抗压强度均小于30MPa。含多个软弱夹层，各类结构面发育，岩层含水，水压较高。

2、边坡稳定性评价

露天矿边坡形成过程中，其内部原始应力状态随之发生变化，引起应力重分布，边坡为适应这种重新分布的应力状态而达到新的平衡，将发生不同形式的变形破坏，这是边坡演变的内因。而使边坡外形、内部结构以及所处的应力状态发生不断变化的各种自然或人为因素则是推动边坡发展变化的外因。

影响边坡稳定的不利因素：

圆弧形滑坡：易发生基岩风化带中；

构造裂隙及风化卸荷裂隙：使边坡岩土体破碎，改变边坡的岩土体结构和力学特征，即降低坡体的抗平衡能力从而影响边坡稳定；

水（地表水、大气降水）冲蚀坡脚，增大下滑力（静水动水压力增大、浮托力增大，边坡体重力增大引起），减少抗滑力（减少岩土体物理力学性）；

开挖边坡脚，坡体上部加载（静载-建筑物、弃碴、动载-车辆震动等），边坡下采矿等人类活动等等，改变边坡的应力状况和临空状况，从而改变坡体形态；

在露天采矿中，边坡放线不合理造成系列新的拉张缝或使原裂隙因卸荷等原因张开度加大,延续性加强；

人工爆破震动,造成原有稳定边坡拉裂，稳定性累积降低或直接触发已处于危险的边坡,发生失稳。

顶帮就岩石本身的组成、致密程度、力学强度等各方面都不如底帮好，加之软弱层较多，极易风化破碎，节理裂隙较发育，破坏了岩体结构的完整，降低了边坡岩体的强度，是对边坡稳定不利的主要因素，加之外因作用的促使，碎屑物可能会经常散落坡角，局部可能会影响运输工作。但顶帮岩层的倾向与边坡角为逆向，从岩层的赋存情况看，对边坡稳定又是一个有利因素。

3、边坡坡度

（1）松散层边坡坡度

     露天矿首采区地表均有第四系松散地层，厚度多介于0.20～27.96m之间，呈西北薄、中东部厚，由砂砾岩、亚沙土组成，不含水，取样做颗粒筛分分析。

求得近似颗粒组成指标

界限粒径d60=3mm

平均粒径d50=1mm

中间粒径d30=0.5mm

有效粒径d10=0.25mm

不均匀系数Cu= d60/d10=12,曲率系数Cc= d30/d10*d60=0.67通过计算该砾类土分类中的级配不良砾（GP），现场做了砾石的安息角测试成果如下表。

安息角测试成果表            表7-8

由上述成果分析，建议第四系砂砾土松散层的边坡角为35°。

（2）岩质边坡坡度

边坡类型为二类二型，天然容重r平均值为2.24g/cm3，岩体破裂角θ为63.01°，代入公式Фd=arctg(tgφ+2c/rhcosθ)经计算岩体等效内摩擦角Фd为37.63°。由于等效内摩擦角应用岩体C，Ф值计算确定，构成边坡岩体的不均一性，一般情况下等效内摩擦角的计算边坡高度不能大于15-25m，按规范要求，对计算出的等效内摩擦角进行适当折减，边坡岩体类型为Ⅱ类，等效内摩擦角为60－50°，折减系数取0.75－0.80，则等效内摩擦角经验值为45－40°。

综上述结果，考虑边坡高度超过规范计算要求25m，建议露天矿顶帮及侧帮边坡角为30°，底帮以煤层顶板倾角2－28°为边坡角。

4、边坡变形破坏的防治

结合本露天煤矿具体条件分析，易发生圆弧滑坡，建议采用预应力锚固技术，锚索加固可显著提高边坡稳定性；在岩体表面喷射混凝土，可抗风化，提高岩体表层特别是不连续面强度,该方法可与预应力锚栓一并使用。

采取截、导、疏、排等综合治理措施，在地面修筑沿帮固定水沟，把地面水尽最大可能拦截在上部，不让地面水流入采场，做到浅水浅排。夯实或堵塞地表裂缝，修筑排水沟。

合理的设计工作帮坡角、合理安排采区、采用减震爆破等。剥离物的堆放要选择正确地点及堆放方式。

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