2024年4月26日发(作者:竺国兴)
重盈固 露天采矿技术 20l2年增刊
抚顺东露天矿南帮E9000一E9400最终开采境界的调整
佟鸿儒,李焕忠
(抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿,辽宁抚顺113004)
摘要:由于鑫地源公司一号、二号井及其周围的工业广场动迁,致使南帮E9310一E9460区间原计划需
要在冲积层边坡进行的加固工作不在进行,但为保证该区域的冲积层边坡稳定,需要对该区域冲积层边坡进
行稳定分析,重新给出合理的最终开采境界。通过对南帮E9000一E9400边坡最终采矿境界合理的调整,不但
保证南帮最终边坡的稳定和上部企事业单位、居民安全,同时比原最终开采境界多出煤炭24万t,预计创直
接经济效益12 000万元。
关键词:东露天矿;最终开采境界;调整
中图分类号:TD 21 文献标识码:B 文章编号:1671—9816(2012)S2—0001—03
1东露天矿地质概况
盖全区。详见图1。
1.1 并田地层
界 系 统 组 犟 代号 柱状 厚度 岩性描述
fMa)
本井田基底为元古界花岗片麻岩,白垩系地层
第四系 1.6 Q l7 黄土、粗砂、砾石
赋于元古界基底之上,与第三系岩层直接呈不整合。
耿家 街组 E:g 绿色泥岩夹褐色页
其中:下部无煤层为第三系的最下部岩层,本层上部
第 始 420 岩及灰白色薄层状
为局部变质的绿色凝灰质岩砂岩及页岩,下部有杏
新 西露 E
新 天组
g
泥灰岩
仁状构造的玄武岩,该层上部即为下部煤层,此岩层
岩石交替变化甚大,煤层不稳定,时常呈尖灭或凸镜
生 统 计屯军组 E;g Il I 1
55 本层煤
l6 浅油褐、母页褐岩色中 薄层
体出现。岩层有煤质及粘土质页岩、砂页岩、凝灰岩
界 系
古城
子组 45
E g
及玄武岩,凝灰岩一玄武岩层位于下部煤层之上,大
古 淘组 果于 E 1 65 凝灰岩夹凝灰质砂岩
部分为凝灰岩及玄武岩,凝灰岩中间有时夹有变质
新 老
虎 ● 灰黑色、灰绿色
页岩、煤层及泥质页岩。凝灰岩一砂岩层位于上部含
统 △ 65 E:1 254 玄武岩夹灰白、
组
●
紫红色凝灰质砂岩
煤层之下,其下部层界为玄武岩层床,该层主要岩石
为凝灰岩,细粒凝灰质砂岩、砂质页岩、泥质页岩、
煤,有时也可见到可采厚煤层。
生
界 系
由 白 垩 下 自
垩 统
龚
组
130 Kl
●
不详 砂杂
杂色凝灰质碎屑岩
色凝灰砾质石 砂岩
上部含煤层为老虎台龙风矿开采过的残留煤
太
彝 An2 不详 花岗片麻岩
柱,采空区多为砂及废页岩所充填,煤层东部被泥质
图1 东露天矿井田综合柱状图
及煤质页岩分割成若干分层,中、西部分层减少,整
个分层延走向西厚东薄,延倾斜变化不大。本层煤上
1.2构造
赋油母页岩,遍及整个井田,下部为贫矿、上部为富
本井田位于抚顺煤田东部,南部向斜之南翼,井
矿,在上为泥灰岩,其次为绿色泥岩、石灰岩,间或有
田内构造较为简单,除 、 两个较大断层外,尚未发
褐色页岩存在。
现其它类型构造,但落差在10 m以内的断层频繁出
第四系冲积层覆盖全井田的岩层之上,下部为
现,井田境界外西部有一较大 正断层,详见表1。
沙与卵石,中间有粗砂、细砂及砂砾,最上为表土覆
表1 东露天矿断层一览表
收稿日期:2012-03—29
位置蓑倾向 备注
作者简介:佟鸿儒(1960一)。男,高级工程师,1982年毕
业于原阜新矿院,现任抚顺矿业集团东露天矿常务副矿长,从
事露天采矿工作。
・
2・
露天采矿技术 2012年增刊
1.3水文地质情况
在东露天矿南帮域内有3个主要含水层,即冲
积层含水层,泥灰岩含水层及凝灰岩含水层。3个含
水层特征简述如下:
1)冲积层含水层。本区内的冲积层厚度一般为
6 m,变化范围为2.5~20 m,冲积层主要由粉质粘土、
砂质粘土、淤泥、砂、砾砂组成。冲积层含水层含水度
较大,具有良好的供水条件,其潜水的补给一方面与
浑河有关,另一方面与大气降水有关。其渗透系数
K=92.80 10.27 ndd,影响半径R=164.0—204.8 m。
钻孔测定的该含水层单位涌水量g=2~3.5l Us・m。
2)泥灰岩弱含水层。该层属于绿色泥岩及页岩
系,位于冲积层之下,油母页岩之上。该含水层为断
层和裂隙所形成,属于裂隙水,其冲水程度与它本身
的裂隙程度有关,层厚250—400m。通过测定其单位
涌水量g=0.0084—0.53 1/s・m,渗透系数K=0.065
m/d,属于弱含水层。
3)凝灰岩弱含水层。凝灰岩含水层位于本层煤
下部,层厚20~40 m,在本区南部该含水层直接与
第四系冲积层相接触,也属于节理、裂隙水。其埋藏
深度不一,与岩层赋存形态有关,南高北低,即岩层
为北倾构造。经测定该层含水层单位涌水量g=
0.04—0.52 l/s・m,渗透系数K=1.178—0.228 m/d,
该层在露头处水量补给直接受上覆冲积层含水层和
大气降水所控制。
2 E9000一E9800区段边坡工程地质条件及工程地
质模型的建立
2.1 E9000一E9800区段边坡工程地质条件
根据以往我矿对该区域进行的地质勘察工作,
可知该区域冲积层地层从上至下为杂填土、粉质粘
土、粉土、全风化岩等,层厚为9.7~39 m不等。
2.2工程地质简化模型的建立
在收集、归纳、整理、分析以往勘察资料基础上,
给出抚顺东露天矿南帮E9000一E9800区段边坡工
程地质简化模型。见图2。
图2 E9000剖面工程地质简化模型
3岩石力学指标的选取
该区域岩石力学指标的选取是借用以往我矿在
该区域确定的工程地质的岩石力学指标。见表2。
表2抚顺东露天矿南帮E9000一E9800岩体力学指标
…称 , 量
4边坡稳定系数的确定与边坡变形数值模拟分析
4.1边坡稳定系数的确定
针对该区域边坡的稳定情况,该区域边坡安全
储备系数确定为1.3。
4.2边坡变形数值模拟分析
模型计算选取的坐标系为边坡临空面方向为
正方向,竖直向上为Y正方向。其工程地质现象是在
卸荷开挖过程中发生的,其模拟的基本思路是将边
坡形成过程近似为快速开挖,将开挖释放荷载作为
卸荷荷载纳入计算,从而对边坡开挖过程的稳定性
状况进行模拟计算。数值模拟模型见图3、图4。
图3数值模拟模型一
图4数值模拟模型二
4.3计算结果及分析
从模型的计算结果,详见调整稳定分析表3。
从计算结果可以得出:
(下转第6页)
・ ・6
. .
露天采矿技术 2路 木q仅小 0122年增刊 千瑁寸lJ
则在其上再排土时也会在新、老排土带之间形成弱
面,这时排土带宽影响到排土场的稳定性,可调整排
效的控制风沙,防止排土场尘土污染;保持排土场台
阶及台阶坡面平整,减少坡面侵蚀冲沟的形成,并及
时平整冲沟,及时监测、处理坡面裂缝;在雨量集中
季节,尽量控制排弃速度,安排好排弃计划,杜绝集
中升段和高强度排土,防止基底软弱层孔隙水压来不
土带宽,以增加台阶稳定性。
排弃强度的大小对排弃物料及基底内应力增长
速度有很大的影响。应力增长速度超过一定量值与
排弃物料和基底土层性质不相适应时,则会破坏排
土场的应力平衡状态,导致滑坡。
5结语
及消散,使软弱层强度指标骤然降低,而导致排土场
失稳。冬季要加强天气观测,注意排土作业,尽量减
少冰雪夹层的形成,在排弃物内造成人为弱面,春季
雪溶化时要多注意防止滑坡。旱季多注意沉降变形
不匀性对边坡稳定的影响。采用有利于边坡稳定,利
用植被的排土工艺及方法,如有向排土、土岩分排等。
4.5排土工艺
通过对哈尔乌素露天煤矿黑岱沟排土场西部变
形区进行的各项工作发现,水、排土场荷载、排土场
基底演化弱层是控制滑坡的几项主要因素;结合这
几项因素从变形区域内工程地质条件和水文地质条
件对滑坡机理进行了分析;通过边坡稳定性计算,在
水的影响下边坡处于滑坡临界状态,存在滑坡的可
能;针对可能出现的滑坡或垮落,需要及早进行基底
处理、提高基底土体排水固结强度、坡面防水、加强
边坡管理、改善排土工艺等具体防治措施。
参考文献:
[1]杨荣新.露天采矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1990.
[2]周昌寿,杜竞中,郭增涛,等.露天矿边坡稳定[M].徐州:
中国矿业大学出版社,1990.
哈尔乌素排土场采用的是汽车运输,推土机排
土工艺。分层作用:一是水平分层即排弃过程中按块
度自然分级。块度不同的岩石自高处落下,大块沿坡
面滚至边坡下部,而细粒、小块留在上部及中部。如
果岩石大块抗剪强度低,遇水易软化、水解、或是塑
性粘土等在采掘、移运、排弃过程中不易粉碎,则这
种大块滚至排土场底部压密后会形成软弱分层,不
利于排土场稳定。分层作用的影响在砂质粘土类岩
石混采,混排时较为明显。二是倾斜分层,由于岩石
强度不同,排土强度的不均衡性,则会形成排弃物料
的倾斜分层,倾角为自然安息角。边坡滑动时,最弱
的倾斜分层面即为滑体的上部滑动面。对于排土场
边坡因雨水浸润或冻结后又融化,或已产生过滑坡,
[3]黄文熙.土的工程性质[M].水利电力出版社,1983.
[4]黄昌乾,丁恩保.边坡稳定性评价结果的表达与边坡稳
定判据[J].工程地质学报,1997.
(上接第2页)
、、J
表3调整后边坡稳定分析表
剖面 E9000 E9100 E9200 E9300 E9400 E9500 E9600
=
。
9。。。毒}面 基堂羿
二 {
稳定系数1.499 1.411 1.386 1.302 1.312 1.322 1.301
_
{ :
边坡变形破坏主要集中在第四系黄土层中;应
力集中在第四系底部,直至坡脚位置;总体位移方向
朝向坑内,略带一定角度;模型二较模型一在位移变
形、应力分布和位移矢量方面都有较为明显的减少,
且集中区较为分散。
5南帮E900O—E9800区域到界边坡调整
图5原设计基岩界位置示意图
南干线:南干线是矿山的运输动脉,必须保证南
干线的畅通,即保证该区段的南干线运输平盘标高
控制在93—96水平,且有一定的宽度和适当的曲度。
6结论
本次到界边坡调整是指调整南帮E9000一E9800
区段第四系黄土层的到界边坡参数,在调整中应考
虑两个方面的制约因素:基岩界、南干线。
基岩界:基岩边坡参数已经在原报告中确定,即
基岩到界边坡是以软质凝灰岩底板为界,这也是第四
系黄土边坡的北部坡底起点。原设计基岩位置见图5。
通过对南帮E9000一E9400边坡最终采矿境界
合理的调整,不但保证南帮最终边坡的稳定和上部
企事业单位、居民安全。预计比原最终开采境界多出
煤炭24万t。按每吨煤价500元计算,预计创直接经
济效益12 000万元。
2024年4月26日发(作者:竺国兴)
重盈固 露天采矿技术 20l2年增刊
抚顺东露天矿南帮E9000一E9400最终开采境界的调整
佟鸿儒,李焕忠
(抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿,辽宁抚顺113004)
摘要:由于鑫地源公司一号、二号井及其周围的工业广场动迁,致使南帮E9310一E9460区间原计划需
要在冲积层边坡进行的加固工作不在进行,但为保证该区域的冲积层边坡稳定,需要对该区域冲积层边坡进
行稳定分析,重新给出合理的最终开采境界。通过对南帮E9000一E9400边坡最终采矿境界合理的调整,不但
保证南帮最终边坡的稳定和上部企事业单位、居民安全,同时比原最终开采境界多出煤炭24万t,预计创直
接经济效益12 000万元。
关键词:东露天矿;最终开采境界;调整
中图分类号:TD 21 文献标识码:B 文章编号:1671—9816(2012)S2—0001—03
1东露天矿地质概况
盖全区。详见图1。
1.1 并田地层
界 系 统 组 犟 代号 柱状 厚度 岩性描述
fMa)
本井田基底为元古界花岗片麻岩,白垩系地层
第四系 1.6 Q l7 黄土、粗砂、砾石
赋于元古界基底之上,与第三系岩层直接呈不整合。
耿家 街组 E:g 绿色泥岩夹褐色页
其中:下部无煤层为第三系的最下部岩层,本层上部
第 始 420 岩及灰白色薄层状
为局部变质的绿色凝灰质岩砂岩及页岩,下部有杏
新 西露 E
新 天组
g
泥灰岩
仁状构造的玄武岩,该层上部即为下部煤层,此岩层
岩石交替变化甚大,煤层不稳定,时常呈尖灭或凸镜
生 统 计屯军组 E;g Il I 1
55 本层煤
l6 浅油褐、母页褐岩色中 薄层
体出现。岩层有煤质及粘土质页岩、砂页岩、凝灰岩
界 系
古城
子组 45
E g
及玄武岩,凝灰岩一玄武岩层位于下部煤层之上,大
古 淘组 果于 E 1 65 凝灰岩夹凝灰质砂岩
部分为凝灰岩及玄武岩,凝灰岩中间有时夹有变质
新 老
虎 ● 灰黑色、灰绿色
页岩、煤层及泥质页岩。凝灰岩一砂岩层位于上部含
统 △ 65 E:1 254 玄武岩夹灰白、
组
●
紫红色凝灰质砂岩
煤层之下,其下部层界为玄武岩层床,该层主要岩石
为凝灰岩,细粒凝灰质砂岩、砂质页岩、泥质页岩、
煤,有时也可见到可采厚煤层。
生
界 系
由 白 垩 下 自
垩 统
龚
组
130 Kl
●
不详 砂杂
杂色凝灰质碎屑岩
色凝灰砾质石 砂岩
上部含煤层为老虎台龙风矿开采过的残留煤
太
彝 An2 不详 花岗片麻岩
柱,采空区多为砂及废页岩所充填,煤层东部被泥质
图1 东露天矿井田综合柱状图
及煤质页岩分割成若干分层,中、西部分层减少,整
个分层延走向西厚东薄,延倾斜变化不大。本层煤上
1.2构造
赋油母页岩,遍及整个井田,下部为贫矿、上部为富
本井田位于抚顺煤田东部,南部向斜之南翼,井
矿,在上为泥灰岩,其次为绿色泥岩、石灰岩,间或有
田内构造较为简单,除 、 两个较大断层外,尚未发
褐色页岩存在。
现其它类型构造,但落差在10 m以内的断层频繁出
第四系冲积层覆盖全井田的岩层之上,下部为
现,井田境界外西部有一较大 正断层,详见表1。
沙与卵石,中间有粗砂、细砂及砂砾,最上为表土覆
表1 东露天矿断层一览表
收稿日期:2012-03—29
位置蓑倾向 备注
作者简介:佟鸿儒(1960一)。男,高级工程师,1982年毕
业于原阜新矿院,现任抚顺矿业集团东露天矿常务副矿长,从
事露天采矿工作。
・
2・
露天采矿技术 2012年增刊
1.3水文地质情况
在东露天矿南帮域内有3个主要含水层,即冲
积层含水层,泥灰岩含水层及凝灰岩含水层。3个含
水层特征简述如下:
1)冲积层含水层。本区内的冲积层厚度一般为
6 m,变化范围为2.5~20 m,冲积层主要由粉质粘土、
砂质粘土、淤泥、砂、砾砂组成。冲积层含水层含水度
较大,具有良好的供水条件,其潜水的补给一方面与
浑河有关,另一方面与大气降水有关。其渗透系数
K=92.80 10.27 ndd,影响半径R=164.0—204.8 m。
钻孔测定的该含水层单位涌水量g=2~3.5l Us・m。
2)泥灰岩弱含水层。该层属于绿色泥岩及页岩
系,位于冲积层之下,油母页岩之上。该含水层为断
层和裂隙所形成,属于裂隙水,其冲水程度与它本身
的裂隙程度有关,层厚250—400m。通过测定其单位
涌水量g=0.0084—0.53 1/s・m,渗透系数K=0.065
m/d,属于弱含水层。
3)凝灰岩弱含水层。凝灰岩含水层位于本层煤
下部,层厚20~40 m,在本区南部该含水层直接与
第四系冲积层相接触,也属于节理、裂隙水。其埋藏
深度不一,与岩层赋存形态有关,南高北低,即岩层
为北倾构造。经测定该层含水层单位涌水量g=
0.04—0.52 l/s・m,渗透系数K=1.178—0.228 m/d,
该层在露头处水量补给直接受上覆冲积层含水层和
大气降水所控制。
2 E9000一E9800区段边坡工程地质条件及工程地
质模型的建立
2.1 E9000一E9800区段边坡工程地质条件
根据以往我矿对该区域进行的地质勘察工作,
可知该区域冲积层地层从上至下为杂填土、粉质粘
土、粉土、全风化岩等,层厚为9.7~39 m不等。
2.2工程地质简化模型的建立
在收集、归纳、整理、分析以往勘察资料基础上,
给出抚顺东露天矿南帮E9000一E9800区段边坡工
程地质简化模型。见图2。
图2 E9000剖面工程地质简化模型
3岩石力学指标的选取
该区域岩石力学指标的选取是借用以往我矿在
该区域确定的工程地质的岩石力学指标。见表2。
表2抚顺东露天矿南帮E9000一E9800岩体力学指标
…称 , 量
4边坡稳定系数的确定与边坡变形数值模拟分析
4.1边坡稳定系数的确定
针对该区域边坡的稳定情况,该区域边坡安全
储备系数确定为1.3。
4.2边坡变形数值模拟分析
模型计算选取的坐标系为边坡临空面方向为
正方向,竖直向上为Y正方向。其工程地质现象是在
卸荷开挖过程中发生的,其模拟的基本思路是将边
坡形成过程近似为快速开挖,将开挖释放荷载作为
卸荷荷载纳入计算,从而对边坡开挖过程的稳定性
状况进行模拟计算。数值模拟模型见图3、图4。
图3数值模拟模型一
图4数值模拟模型二
4.3计算结果及分析
从模型的计算结果,详见调整稳定分析表3。
从计算结果可以得出:
(下转第6页)
・ ・6
. .
露天采矿技术 2路 木q仅小 0122年增刊 千瑁寸lJ
则在其上再排土时也会在新、老排土带之间形成弱
面,这时排土带宽影响到排土场的稳定性,可调整排
效的控制风沙,防止排土场尘土污染;保持排土场台
阶及台阶坡面平整,减少坡面侵蚀冲沟的形成,并及
时平整冲沟,及时监测、处理坡面裂缝;在雨量集中
季节,尽量控制排弃速度,安排好排弃计划,杜绝集
中升段和高强度排土,防止基底软弱层孔隙水压来不
土带宽,以增加台阶稳定性。
排弃强度的大小对排弃物料及基底内应力增长
速度有很大的影响。应力增长速度超过一定量值与
排弃物料和基底土层性质不相适应时,则会破坏排
土场的应力平衡状态,导致滑坡。
5结语
及消散,使软弱层强度指标骤然降低,而导致排土场
失稳。冬季要加强天气观测,注意排土作业,尽量减
少冰雪夹层的形成,在排弃物内造成人为弱面,春季
雪溶化时要多注意防止滑坡。旱季多注意沉降变形
不匀性对边坡稳定的影响。采用有利于边坡稳定,利
用植被的排土工艺及方法,如有向排土、土岩分排等。
4.5排土工艺
通过对哈尔乌素露天煤矿黑岱沟排土场西部变
形区进行的各项工作发现,水、排土场荷载、排土场
基底演化弱层是控制滑坡的几项主要因素;结合这
几项因素从变形区域内工程地质条件和水文地质条
件对滑坡机理进行了分析;通过边坡稳定性计算,在
水的影响下边坡处于滑坡临界状态,存在滑坡的可
能;针对可能出现的滑坡或垮落,需要及早进行基底
处理、提高基底土体排水固结强度、坡面防水、加强
边坡管理、改善排土工艺等具体防治措施。
参考文献:
[1]杨荣新.露天采矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1990.
[2]周昌寿,杜竞中,郭增涛,等.露天矿边坡稳定[M].徐州:
中国矿业大学出版社,1990.
哈尔乌素排土场采用的是汽车运输,推土机排
土工艺。分层作用:一是水平分层即排弃过程中按块
度自然分级。块度不同的岩石自高处落下,大块沿坡
面滚至边坡下部,而细粒、小块留在上部及中部。如
果岩石大块抗剪强度低,遇水易软化、水解、或是塑
性粘土等在采掘、移运、排弃过程中不易粉碎,则这
种大块滚至排土场底部压密后会形成软弱分层,不
利于排土场稳定。分层作用的影响在砂质粘土类岩
石混采,混排时较为明显。二是倾斜分层,由于岩石
强度不同,排土强度的不均衡性,则会形成排弃物料
的倾斜分层,倾角为自然安息角。边坡滑动时,最弱
的倾斜分层面即为滑体的上部滑动面。对于排土场
边坡因雨水浸润或冻结后又融化,或已产生过滑坡,
[3]黄文熙.土的工程性质[M].水利电力出版社,1983.
[4]黄昌乾,丁恩保.边坡稳定性评价结果的表达与边坡稳
定判据[J].工程地质学报,1997.
(上接第2页)
、、J
表3调整后边坡稳定分析表
剖面 E9000 E9100 E9200 E9300 E9400 E9500 E9600
=
。
9。。。毒}面 基堂羿
二 {
稳定系数1.499 1.411 1.386 1.302 1.312 1.322 1.301
_
{ :
边坡变形破坏主要集中在第四系黄土层中;应
力集中在第四系底部,直至坡脚位置;总体位移方向
朝向坑内,略带一定角度;模型二较模型一在位移变
形、应力分布和位移矢量方面都有较为明显的减少,
且集中区较为分散。
5南帮E900O—E9800区域到界边坡调整
图5原设计基岩界位置示意图
南干线:南干线是矿山的运输动脉,必须保证南
干线的畅通,即保证该区段的南干线运输平盘标高
控制在93—96水平,且有一定的宽度和适当的曲度。
6结论
本次到界边坡调整是指调整南帮E9000一E9800
区段第四系黄土层的到界边坡参数,在调整中应考
虑两个方面的制约因素:基岩界、南干线。
基岩界:基岩边坡参数已经在原报告中确定,即
基岩到界边坡是以软质凝灰岩底板为界,这也是第四
系黄土边坡的北部坡底起点。原设计基岩位置见图5。
通过对南帮E9000一E9400边坡最终采矿境界
合理的调整,不但保证南帮最终边坡的稳定和上部
企事业单位、居民安全。预计比原最终开采境界多出
煤炭24万t。按每吨煤价500元计算,预计创直接经
济效益12 000万元。