哈尔乌素露天矿排土场边坡稳定性分析

・２６・露天采矿技术２００９＃－ｇ５期哈尔乌素露天矿排土场边坡稳定性分析赵瑞玺１，于沿涛２，朱新平３（１．神华准能公司印尼露天煤矿项目管理部，内蒙古薛家湾０１０３００；２．华能满洲里煤化工有限责任公司，满洲里０２１４００；３．煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁抚顺１１３１２２）摘要：哈尔乌素露天矿排土场是典型的黄土基底排土场，在启用之前必须开展基底承载土体力学和边坡稳定性研究。运用有限元数值模拟方法和极限平衡方法对边坡稳定性进行了模拟分析与评价，并根据研究区的特点提出建议。关键词：露天煤矿；排土场；边坡；稳定性中图分类号：ＴＤ８２４．７＋１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—９８１６（２００９）０５—００２６—０２哈尔乌素露天矿排土场是典型的黄土基底排土场。排土场境界内地表冲沟纵横，Ｔ程地质条件复杂，为保证排土场建设工程的顺利实施，必须开展黄土基底排土场Ｔ程地质勘察与边坡稳定性评价。在启用哈尔乌素排土场前，查清排土场基底的Ｔ程地质、水文地质条件，对基底承载土体力学特征和未来排土场边坡稳定性进行深入研究，提出不良地质条件下排土场建设地质灾害防治措施，为排土场详细设计和使用提供技术依据。２研究背景哈尔乌素露天煤矿外排土场（黑岱沟排土场）位于首采区拉沟位置的西北侧，黑岱沟的中上游，将来与内排土场的西端连接在一起，形成统一的排土空图１排土场冲沟及勘探剖面分布简间。哈尔乌素排土场主要参数为：占地面积５．０６ｋｍ２，３排土场边坡稳定性影响因素分析最终排土标高１２６０ｍ，排土高度１００～１２０ｍ，台阶高度１５ｍ，松散系数１．１５，边坡角２１ｏ，排土容量影响排土场稳定性的主要因素有基底丁程地质２８３．０Ｍｍ３。条件、气候及水的影响、排土工艺、排弃物料物理力区内主要沟谷有（参见图１）：黑岱沟沿北部境学性质等。其中：哈尔乌素排土场基底为典型的黄土界贯穿全区通过；南坪沟、不连沟、哈尔乌素沟由南高原沟壑区，其基底主要持力层为粉土层、粉质粘土向北横穿全区，流入黑岱沟后向东汇人黄河。在雨季层及风化基岩层。勘探表明粉土层和粉质粘土层是山洪暴发时，流量大而历时短促。可以说哈尔乌素排本区基底主要的、也是最具优势、最危险的弱层，对土场是处于特殊敏感地带的排土场。边坡破坏的形式可能是沉降变形或坐落一滑移式。收稿日期：２００９—０７—１５排弃物料的强度参数直接参与了边坡稳定性分作者简介：赵瑞玺（１９６６一），男，呼和浩特人，１９９０毕业于析，是稳定性分析计算中主要参数之～。排土场在排包头钢铁学院采矿工程专业，高工，现在神华；位能印尼露天弃物料白蓖应力的作用下，一方面，排弃土压密产生煤矿项目管理部，一直从事露天煤矿生产技术工作，曾发表沉降变形；另一方面，由于自重应力作用过大，基底论文多篇。承载能力不够，挤压剪切基底软弱层，产生塑性流万方数据臣互固露天采矿技术动，引起排土场滑坡。气候因素中水是最主要的因素。排土场形成后，破坏了地表水自然排泄体系，大量雨水进入排弃物料及其之下的基底土层，使排弃物料及基底土层原物理力学性状发生很大改变，不利于边坡的稳定。４边坡变形数值模拟分析采用大型通用有限元分析软件（ＡＮＡＳＹＳ软件）模拟边坡。该软件功能丰富、用户界面良好、前后处理和图形功能完备。ＡＮＡＳＹＳ软件处理岩土问题的分析过程丰要包括以下３个步骤：（１）创建有限元模型，含创建几何模型、定义材料属性、单元网格划分等；（２）施加载荷并求解，含施加的载荷选项、设定约束条件、求解等步骤；（３）结果输出，含计算结果的图表、曲线的显示、输出。从数值模拟可知（参见图２、图３、图４），变形分２部分，一是排土场自身压实及向Ｉ临空面挤压，二是采场开挖应力释放引起的向临空面的变形。从应力图来看，由于采场岩层近水平分布，强度指标也高，整体应力集中现象不明显，局部的坡脚处出现ｒ应力集中。排土场的附加压力，不至于对采场边坡的稳定性造成影响。从现在掌握的地质构造情况来看，如果采场边坡设计合理，保证稳定，那么发生排土场边坡和采场边坡整体滑落的可能性不大。５边坡稳定性计算与分析图２ＫＩ一１剖面变形图图３Ｋｌ一１剖面总位移云图图４Ｋ１—１剖面应力云图万方数据２００９年ｇ５期・２７・用刚体极限平衡法计算的稳定系数为：Ｋ１—１剖面１．２７９、１．３０４；Ｋ２—２剖面１．２９０、１．３６４；Ｋ３－３剖面１．４５２；Ｋ４—４剖面１．２６９；Ｋ５—５剖面１．３３４；Ｋ６—６剖面１．３０８、１．３２０；Ｋ７—７剖面：１．２５７。通过计算可知（参见图５），排土场边坡与采场边坡的整体稳定性很好，采场边坡本身的稳定性也很好。搜索到的稳定性较小的剖面仍然是排土场本身的潜在滑动面，说明排土场的附加压力不会对采场边坡的稳定性造成影响。图５剖面计算结果图６结论与建议．Ｐ述分析与计算表明：尽管排土场基底存在粉质粘土岩软弱层，但由于粉土层、粉质粘土岩软弱层覆存厚度不大，且个别钻孔出现尖灭。从边坡稳定极限平衡定量计算得出，外排土场在排土标高１２６０ｍ，排土边坡高度为１００—１２０ｍ，边坡角２１“隋况下，可以满足各选取计算剖面１．２５的安伞储备系数。在排土场启用时，首先要进行基底处理，对沟壑区用岩石进行填平处理，同时做好防排水工程。在使用过程中加强安全监测，科学管理，这样可取得事半功倍之效，使排土场稳定程度得以很大提高。参考文献：［１］中煤Ｉ：程设计咨询集团沈阳设计研究院．哈尔乌素露天煤矿初步设计说明书［Ｒ］．２００４．［２］煤炭科学研究总院抚顺分院．准格尔黑岱沟露天煤矿外排上场边坡稳定的研究［Ｒ］．１９９２．［３］煤炭科学研究总院抚顺分院．准格尔黑岱沟露天煤矿西排土场边坡稳定的研究［Ｒ］．２０００．［４］煤炭科学研究总院抚顺分院．阴湾排土场工程地质勘察与稳定性评价报告［Ｒ］．２００４．［５］王泳嘉、邢纪波．离散元法及其在岩土力学中的应用［Ｍ］．东北Ｊ：学院出版社，１９９１．