pJK}9p =4` 吉郎德露天煤矿
非工作帮及东部逆断层区合理边坡角确定
工 作[size=font-size:
,
] 方 案
煤炭科学研究总院沈阳研究院
二○一二年五月
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4GY:N6qe ' jP-=x( G \S >H 1、问题的提出 6a=Y_fma %](H?'H p^s k?E 吉郎德露天煤矿隶属于新疆哈密和翔工贸有限责任公司，预可研中确定矿区露天开采境界：南帮以最下一个煤层露头做为地表境界；北帮以10m
3/t剥采比圈定底部境界做为其深部境界，以35°边坡角向上划至地表；端帮以10m
3/t剥采比圈定底部境界，以35°边坡角向上划至地表为地表境界；露天矿建设规模3.0Mt/a，初始拉沟位置选择在首采区西南部，沿煤层露头拉沟，初期沿倾向推进，后转为走向推进。采场最终开采境界特征：东西最大长度3.2Km，南北最大宽度2.4Km，最大开采深度380m，最终边坡角35°。该矿于2011年11月1日开工生产。
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Ds%u 通过对吉郎德露天矿相关资料的分析，矿区急需解决的边坡问题有
3个：
Yom ,{;Bv （
1）首采区非工作帮
mO UIGlv 吉郎德露天矿边坡为层状结构边坡，其稳定性主要取决于结构面的性质及其空间的组合，露天边坡赋存有多层软弱结构面，结构面物质软弱破碎，为泥质类岩石，水理性质不良，在水的作用下，泥质类岩石易于软化崩解，呈软塑－可塑状，具滑腻感，其抗剪强度大幅降低，且延展性较好，控制着露天矿边坡系统的稳定性。连续性较好的软弱结构面可使边坡系统在远未达到设计深度和设计角度情况下发生失稳破坏。非工作帮边坡为顺倾边坡，倾角为
16-17°左右，在第三系泥岩与砂岩交界处已知存在一软弱节理面，该节理面较为连续且含水量较大，在无补给水源及揭露条件下，其水分不易蒸发出去，整个弱层表现为软塑状，当露天矿进行剥采工作时，随着边坡的形成，边坡临空区应力释放，极易在软弱层组形成优先破坏现象；该区域于
2012年
4月中旬在采深仅为
30米左右即发生失稳破坏。
>;;tX3( 根据现有资料发现随着露天矿剥采工作的跟进，非工作帮边坡底部台阶也揭露出类似软弱节理面，而其具体分布情况及连续性因地质资料欠缺尚不能探清，故须对吉郎德露天矿非工作帮进行必要的工程地质补充勘查、确定研究区域边坡工程地质条件及软弱结构面赋存状况，通过计算确定非帮合理的矿山开采境界及边坡参数，对采矿境界进行重新调整，减少无效剥离，节约剥离费用，提高经济效益，对境界调整后的边坡参数进行优化设计，遵循经济边坡的理念，进行控制开采技术研究，可在最大限度开采煤炭资源的同时，保障露天矿山安全高效运营！
8#S}.|"?F （
2）外排土场
qC%[J:RwF 吉郎德露天矿外排土场位于南部非工作帮上部，该排土场依山而建，基底为第四系松散层，朝向矿坑方向为顺倾边坡，基底倾角为
6°左右，大气降水（含春季雪水融化）在山坡与排土场之间极易形成汇水，虽露天矿可在其中间建防洪设施，但仍会有部分水渗入排土场基底。外排土场前期排弃物料为第四系松散物料，在第四系松散物料之上排弃岩石，属于典型的顺倾软弱基底排土场。该排土场形成后与矿坑形成复合边坡，复合边坡的稳定性直接关系露天矿山的安全生产。因此，有必要对设计排土场进行边坡稳定性计算，并对其边坡参数进行优化，同时确定排土场与矿坑的最小安全距离。
M_4:~&N$ （
3）首采区东部逆断层区域
njk1x 矿坑向东推进过程中将遭遇
f2、
f3断层，断层构造对边坡稳定的影响非常大，在采矿和边坡设计过程中应充分考虑断层影响，而在前期地质勘察过程中，该区域仅进行了三维地震物探工作，未开展相应的地质钻探。
p=U/l#xO \3ZQ:E}5 2、项目拟解决的关键问题 LD~s@}yH> aC&ZV}8of -C7IUat< （1）、查清研究区边坡工程地质、水文地质条件；查清非工作帮边坡岩体弱层赋存状况；查清东部逆断层区断层与采矿境界的关系及其对矿区的影响。
P0E n&g+~ （2）、建立研究区边坡岩土物理力学指标体系；
?rD`'B （3）、边坡变形破坏机理及预破坏模式，为边坡灾害防治提供理论依据；
6# JdQ[IP6 （4）、边坡稳定性计算与评价，为开采境界调整及边坡参数优化设计提供依据；
SseMTw: （5）、非工作帮、外排土场及东部逆断层区开采境界调整及边坡参数优化设计；
w K7wu. （6）、提出切实可行的边坡变形破坏防治技术及措施，监控技术，保障露天矿安全高效运营。
A!K/92[#@ DM-8azq $ 3、项目研究目标 {\ ?zqIM % 1+\N l[2 d{r 通过开展“吉郎德露天煤矿非工作帮、东部逆断层及北部区合理边坡角确定”项目，针对矿区非工作帮、外排土场及东部逆断层，确定研究区域边坡工程地质水文地质条件、研究区域岩体力学强度参数；通过计算确定原设计边坡稳定性及符合露天矿生产实际的边坡轮廓的稳定性，给出研究区域合理的开采境界及边坡参数；在辅以必要技术措施和监测监控措施的前提下，在保证边坡稳定的条件下，最大限度的开采煤炭资源；提出边坡滑坡防治技术及边坡变形破坏防治措施，防止灾害性滑坡发生，为露天矿安全生产提供理论依据。 nVTCbV _V9 O,"DDc 4、工作内容与实施方案 G2nL#l~@) Z(8'ki 4<['%7U_[ fCMH<}w 4.1、工程地质条件研究[size=font-size:
,
] -bamNw>| buXPeIo^VM e$E~@{[1) 边坡稳定性分析、评价的首要基础工作是进行场区工程地质、水文地质条件研究，通过研究给出吉郎德露天矿非工作帮及东部逆断层区岩土层的结构特点、土层赋存规律和土层地下水赋存情况及其给、迳、排条件，并建立研究区边坡工程地质、水文地质模型。研究区域虽然曾经做过煤田地质勘查，但其勘查目的主要为探煤，其成果满足不了边坡稳定性评价要求，需对其进行补充勘察，获得相关地质资料及边坡稳定性评价所需的岩土物理力学试验资料。 ;9{x"" 因此，本次边坡工程地质条件研究计划按以下方法进行：在收集以往勘探资料的基础上补充工程地质勘查工作，工程地质勘查工作采用野外踏勘和钻探的方法。 l
@ hXQ/ （1）、资料收集 s{- `y`JP 收集研究区以往工程地质资料、水文地质资料； [U ]ouh) （2）、野外踏勘及工程地质测绘 [3s p 野外踏勘是对裸露的矿坑进行野外地质测绘,进行节理、裂隙调查及岩土层出露分布规律、特点调查。 Vs1j9P|G （3）、工程地质钻探 #L{+V ?
根据原始地形地貌特征及及非帮、东部断层区地质特点，本次工程地质钻探共布置8条勘探线，总计16个钻孔，具体勘探布置参见图1，具体钻孔位置及工作量参见表1。 !*0\Yi ,6 表1 工程地质勘查孔位及工作量一览表 T 41&;?- 7-oH >OF^ 注：后甲方增加一个钻孔，总计工程量2730米。 _u`NIpXSP 
图1 工程地质钻探布置示意图（1）收集、汇总以往岩土物理力学性质试验资料，并归纳、分析、整理。
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ggs- （2）利用边坡工程地质钻探采取的岩土样，进行岩土物理力学性质试验工作（
具体试验工作内容参见表2）。 ,t+5( qi （3）根据野外地质测绘获取的岩体结构特征，结合所有试验成果，进行节理化岩体强度分析。 )
#/@Jo2F （4）根据上述工作成果，建立吉郎德露天煤矿边坡岩土体物理力学性质推荐指标体系。 表2 试验工作项目
aWVJx@f " *xQN "F `LL #Ai a 5、项目研究、试验方法及技术路线 xW{_c[oA +/q%29-k H~+D2A 
0-EhDGa]r lY_ E=K] 6、现有基础及技术条件 TuphCu+Oh GLA,,i'i9 /4j'?hB<g 我国目前从事露天煤矿开采安全科研和技术推广工作的专业单位主要有科研院所和高校，其中在露天煤矿边坡滑坡预防方面有重大影响的科研单位是煤炭科学研究总院沈阳研究院，该院拥有国内唯一专业从事露天开采安全研究的科研机构——露天开采安全研究所，该所下设边坡工程、计算机、地质灾害治理、数字化矿山等研究室，具有露天开采各专业的人才储备，多年来为国内露天矿安全开采等方面做出了重大贡献。研究院具有工程咨询、工程勘察、工程设计、地质灾害危险性评估、安全预评价、专项工程设计、安全生产培训等甲级资质，并建立了具有相当规模的岩石力学实验室，在露天矿山边坡稳定、灾害评价与治理等方面均有雄厚的实力，经过多年的努力实践建立了比较完整的露天矿山边坡稳定、边坡勘察、边坡监测、灾害评价、地质灾害危险性评估、灾害预测预报、防治的理论体系，基本实验设备、计算机软件齐全。在国内各大中型露天矿完成科研课题百余项，均取得了较高的科研成果，有关露天矿边坡稳定性方面的研究处于国内领先地位。
6OMywGI[Z 以上技术基础及条件均为本课题的研究提供了强有力的保障。
吉郎德露天煤矿
非工作帮及东部逆断层区合理边坡角确定
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煤炭科学研究总院沈阳研究院
二○一二年五月
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3/t剥采比圈定底部境界做为其深部境界，以35°边坡角向上划至地表；端帮以10m
3/t剥采比圈定底部境界，以35°边坡角向上划至地表为地表境界；露天矿建设规模3.0Mt/a，初始拉沟位置选择在首采区西南部，沿煤层露头拉沟，初期沿倾向推进，后转为走向推进。采场最终开采境界特征：东西最大长度3.2Km，南北最大宽度2.4Km，最大开采深度380m，最终边坡角35°。该矿于2011年11月1日开工生产。
H E+y1f] 通过对吉郎德露天矿相关资料的分析，矿区急需解决的边坡问题有
3个：
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1）首采区非工作帮
IuTZ 2~ 吉郎德露天矿边坡为层状结构边坡，其稳定性主要取决于结构面的性质及其空间的组合，露天边坡赋存有多层软弱结构面，结构面物质软弱破碎，为泥质类岩石，水理性质不良，在水的作用下，泥质类岩石易于软化崩解，呈软塑－可塑状，具滑腻感，其抗剪强度大幅降低，且延展性较好，控制着露天矿边坡系统的稳定性。连续性较好的软弱结构面可使边坡系统在远未达到设计深度和设计角度情况下发生失稳破坏。非工作帮边坡为顺倾边坡，倾角为
16-17°左右，在第三系泥岩与砂岩交界处已知存在一软弱节理面，该节理面较为连续且含水量较大，在无补给水源及揭露条件下，其水分不易蒸发出去，整个弱层表现为软塑状，当露天矿进行剥采工作时，随着边坡的形成，边坡临空区应力释放，极易在软弱层组形成优先破坏现象；该区域于
2012年
4月中旬在采深仅为
30米左右即发生失稳破坏。
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根据现有资料发现随着露天矿剥采工作的跟进，非工作帮边坡底部台阶也揭露出类似软弱节理面，而其具体分布情况及连续性因地质资料欠缺尚不能探清，故须对吉郎德露天矿非工作帮进行必要的工程地质补充勘查、确定研究区域边坡工程地质条件及软弱结构面赋存状况，通过计算确定非帮合理的矿山开采境界及边坡参数，对采矿境界进行重新调整，减少无效剥离，节约剥离费用，提高经济效益，对境界调整后的边坡参数进行优化设计，遵循经济边坡的理念，进行控制开采技术研究，可在最大限度开采煤炭资源的同时，保障露天矿山安全高效运营！
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2）外排土场
.@.,D% 7< 吉郎德露天矿外排土场位于南部非工作帮上部，该排土场依山而建，基底为第四系松散层，朝向矿坑方向为顺倾边坡，基底倾角为
6°左右，大气降水（含春季雪水融化）在山坡与排土场之间极易形成汇水，虽露天矿可在其中间建防洪设施，但仍会有部分水渗入排土场基底。外排土场前期排弃物料为第四系松散物料，在第四系松散物料之上排弃岩石，属于典型的顺倾软弱基底排土场。该排土场形成后与矿坑形成复合边坡，复合边坡的稳定性直接关系露天矿山的安全生产。因此，有必要对设计排土场进行边坡稳定性计算，并对其边坡参数进行优化，同时确定排土场与矿坑的最小安全距离。
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3）首采区东部逆断层区域
[ V() 7 矿坑向东推进过程中将遭遇
f2、
f3断层，断层构造对边坡稳定的影响非常大，在采矿和边坡设计过程中应充分考虑断层影响，而在前期地质勘察过程中，该区域仅进行了三维地震物探工作，未开展相应的地质钻探。
?s(%3_h }4Lv-9s, 2、项目拟解决的关键问题 nJ.p PzH2g [#n ~ L6 \uQB%yMoz （1）、查清研究区边坡工程地质、水文地质条件；查清非工作帮边坡岩体弱层赋存状况；查清东部逆断层区断层与采矿境界的关系及其对矿区的影响。
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- O3^q. （4）、边坡稳定性计算与评价，为开采境界调整及边坡参数优化设计提供依据；
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1=O Xi!G (7`&5m d 3、项目研究目标 !Pt| Hk dr ;JA2n\iP, 0)-l9V 通过开展“吉郎德露天煤矿非工作帮、东部逆断层及北部区合理边坡角确定”项目，针对矿区非工作帮、外排土场及东部逆断层，确定研究区域边坡工程地质水文地质条件、研究区域岩体力学强度参数；通过计算确定原设计边坡稳定性及符合露天矿生产实际的边坡轮廓的稳定性，给出研究区域合理的开采境界及边坡参数；在辅以必要技术措施和监测监控措施的前提下，在保证边坡稳定的条件下，最大限度的开采煤炭资源；提出边坡滑坡防治技术及边坡变形破坏防治措施，防止灾害性滑坡发生，为露天矿安全生产提供理论依据。 @DfjeS)u^ _;$VH4(BI 4、工作内容与实施方案 k&ujr:)5Y5 X1!m ]s(I N%/Qc hu p0? X R 4.1、工程地质条件研究[size=font-size:
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%vS 因此，本次边坡工程地质条件研究计划按以下方法进行：在收集以往勘探资料的基础上补充工程地质勘查工作，工程地质勘查工作采用野外踏勘和钻探的方法。 -MJ6~4k2 （1）、资料收集 ,\4@Ao 收集研究区以往工程地质资料、水文地质资料； ItHKpTe r （2）、野外踏勘及工程地质测绘 f8_5.vlw 野外踏勘是对裸露的矿坑进行野外地质测绘,进行节理、裂隙调查及岩土层出露分布规律、特点调查。 ,SuF1&4 （3）、工程地质钻探 ZU7e1VaZM 根据原始地形地貌特征及及非帮、东部断层区地质特点，本次工程地质钻探共布置8条勘探线，总计16个钻孔，具体勘探布置参见图1，具体钻孔位置及工作量参见表1。 ~d?7\:n 表1 工程地质勘查孔位及工作量一览表 bV|:MW <Wv /"tVOv# 注：后甲方增加一个钻孔，总计工程量2730米。 0 FsGqFt 图1 工程地质钻探布置示意图 CT3wd?)z` "T?% 4^:g 4.2、岩土物理力学性质实验研究 o;M"C[ qbu Lcy3 ["Ep.7=SU （1）收集、汇总以往岩土物理力学性质试验资料，并归纳、分析、整理。
1C^6' 9o （2）利用边坡工程地质钻探采取的岩土样，进行岩土物理力学性质试验工作（
具体试验工作内容参见表2）。 xKEHN gen （3）根据野外地质测绘获取的岩体结构特征，结合所有试验成果，进行节理化岩体强度分析。 ny'~pT'00 （4）根据上述工作成果，建立吉郎德露天煤矿边坡岩土体物理力学性质推荐指标体系。 表2 试验工作项目
iSUn}%YFz! A 7 'dD$9 0V{-5-. 5、项目研究、试验方法及技术路线 i d\0yRBt 6P;IKO v^ eY"y[ U`ey7
yP :>v Fd7 6、现有基础及技术条件 q*{i /=~ m@;X%wf<U &q#$SU,$( 我国目前从事露天煤矿开采安全科研和技术推广工作的专业单位主要有科研院所和高校，其中在露天煤矿边坡滑坡预防方面有重大影响的科研单位是煤炭科学研究总院沈阳研究院，该院拥有国内唯一专业从事露天开采安全研究的科研机构——露天开采安全研究所，该所下设边坡工程、计算机、地质灾害治理、数字化矿山等研究室，具有露天开采各专业的人才储备，多年来为国内露天矿安全开采等方面做出了重大贡献。研究院具有工程咨询、工程勘察、工程设计、地质灾害危险性评估、安全预评价、专项工程设计、安全生产培训等甲级资质，并建立了具有相当规模的岩石力学实验室，在露天矿山边坡稳定、灾害评价与治理等方面均有雄厚的实力，经过多年的努力实践建立了比较完整的露天矿山边坡稳定、边坡勘察、边坡监测、灾害评价、地质灾害危险性评估、灾害预测预报、防治的理论体系，基本实验设备、计算机软件齐全。在国内各大中型露天矿完成科研课题百余项，均取得了较高的科研成果，有关露天矿边坡稳定性方面的研究处于国内领先地位。
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