霍矿排土场稳定性分析与综合评价|排土场稳定性分析
时间：2020-03-01 07:38:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
岩土工程类型很多，不同工程有不同的稳定要求。对南露天矿排土场而言，要求保证在排土场作业人员的安全，保证汽车排土机等运输排土设备正常的作业与安全。 评价岩土工程稳定性的方法通常有按稳定性计算结果评价、工程地质对比、滑动因素分析等方法。各种方法都有其独特之处，但也各有缺点。因而应采用多种方法综合评价，互为补充。本研究中从稳定性计算结果、开采排土程序、运输排土工艺、排弃物及基底岩土特征、基底地形特征等方面进行评价。
一、按稳定系数评价
1、 内排土场
内排土场稳定性计算结果表明，当排弃物指标采用一般值时，对于第一条区，除剖面Ⅲ―Ⅲ′中排土位置为时其稳定系数为1.270外，其余所有计算剖面不同排土位置的稳定系数均大于1.30。
即在采场中部基底倾角较大、排土高度亦较大，亦即稳定性最差的剖面，稳定系数大多在1.40～1.50左右，少数1.30～1.40，个别达1.9或2.0以上。
对于现南、北采坑的Ⅳ―Ⅳ′―Ⅸ~Ⅸ′剖面，各排土位置的稳定系数在1.73～2.60之间。
国内外露天开采设计及研究界普遍认可的容许稳定系数（即安全系数）一般为1.30。稳定系数普遍较大，因此稳定性尤好。
对于第二条区，亦即走向排土、基底为“水平”的条件下，当排弃物指标采用一般值时，各排高的排土场稳定系数在1.62～2.98之间，当排土工作帮坡角为12°时，排土高度为300或50m的内排土场稳定系数分别达到2.23和2.89。排土工作帮坡角为16°时，排土高年发布的《露天煤矿工程设计规范》也规定内排土场的容许稳定系数为1.2～1.3。因此，可以认为上述剖面各排土位置边坡包括二次剥离边坡是稳定的。对于现南、北采坑各剖度为300或50m的内排土场稳定系数分别达到1.67和2.16，此值远大于上述容许的稳定系数1.30，所以可认为第二条区的内排土场是稳定的。
因此，一般而言，内排土场不同剖面，不同排土位置，包括二次剥离边坡，均是稳定的。
采用上述计算值可认为是岩性不良的剥离物排弃集中又为水长期浸润时发生。数据表明，当排弃物或基底岩石指标降低时稳定系数值下降，当指标值降至甚低时，有的排土位置稳定系数降至1.20以下甚至小于1.0。这种情况可认为该边坡不符合稳定要求或该边坡是不稳定的。因此，事先应从排土、防排水等方面加以管理控制。
2、 外排土场
当排弃物指标采用一般值时，不同基底倾角及排土高度的外排土场稳定系数为1.41～2.51，大于普遍认可的容许稳定系数1.30，《露天煤矿工程设计规范》规定外排土场容许稳定系数为1.2～1.5，因此可认为外排土场一般也是稳定的。
当排弃物指标采用极低值时，排土高度80m时，稳定系数略小于1.3，排土场稳定性稍差。
由上，按稳定性计算结果，内、外排土场稳定系数一般均达到了容许值，因而总体上排土场可视为是稳定的。但如岩性不良的剥离物排弃集中，又如基底岩性不良，因排水不畅水长期浸润岩石致使计算指标降低，则稳定系数达不到容许值且又较低，则排土场有可能不稳定但此种情况只可能发生在局部。对此，必须做好排土、防排水或其它预防措施，尽量避免局部不稳定的情况发生。
应指出，由于稳定性计算方法对实际工程地质条件总是作了相当的简化，而计算指标值所反映的实际也具相对性。且有一定的人为性，稳定系数的容许值的确定也有一定的人为性。因此，按计算所得稳定系数评价排土场的稳定性一定程度上也具相对性，但总体上总是反映了排土场稳定性的趋势，反映了内外排土场不同剖面，不同位置稳定性的大小，反映了哪些剖面、哪些排土位置稳定些、哪些稳定性差些等等。生产中，可根据排土场的实际稳定状况，对照计算结果，分析、估计排土场不同位置，不同工程地质条件的稳定状况。
也由于稳定系数一定程度上具相对性，因此，评价排土场稳定性，还应从其它方面着手。
二、按开采、排土程序评价
《技术方案》设计中，采场分为东、西即Ⅰ、Ⅱ两个条区开采。
1、 第一条区
目前的南北两个采坑均在第一条区的南部。设计中规定，现南、北采坑向西推进至F5断层附近后，采掘工程开始向北推进，然后在采空区开始内排，内排工作面与采掘工作面之间保持一定距离。
在此之前，现南北采坑尚未大规模内排，因此不存在内排土场稳定问题。实际上当第一条区大规模内排后，内排边坡是自第一条区采空区底部至坡顶全高由南向北水平方向推进。排弃物的西侧，有第二条区的剥离原岩支撑排弃物；从排土场边坡断面上看，排弃物位于“水平”基底上，而非位于倾斜基底上；此外，此边坡是排土场的工作帮边坡，工作帮边坡角较小。因此，这种由南向北推进的排土工作帮边坡，其稳定性是较好的。
据《技术方案》，第一条区仅在剖面23至剖面27之间的局部地区可能出现沿岩层倾向、在倾斜基底上排土的情况，此种情况排土场稳定性较差，其稳定系数如上节所述。
第一条区剖面23以北至剖面19以南，内排量逐渐减小，排土场稳定性较好。至剖面19以北无内排量，因此不存在内排土场稳定性问题。
二次剥离边坡：
二次剥离边坡是第一条区内排后开采第二条区时形成的第一条区的西侧排土场边坡。二次剥离边坡角较排土工作帮边坡角大，《技术方案》中采用20°。
二次剥离依剖面的不同，有的位于正断层上部，如剖面32，边坡的实际高度应从断层坡肩算起，排土场可能的滑动面完全位于排弃物中，此种条件边坡稳定性较好。有的二次剥离边坡位于倾斜的基底上，此种条件边坡稳定性较差。
稳定性最差的二次剥离边坡应是位于倾角最大的基底上且排土高度也大的边坡，亦即剖面23～剖面26、F5～F4之间的边坡，其走向长约1.0km。
需指出，二次剥离边坡不是永久边坡，而是临时边坡。它是随第二条区采掘工程到达而暴露，又随第二条区排土工程到达而消失的，边坡存在时间较短。此外，二次剥离边坡最高的地段其走向长仅约100m，其暴露时间仅约半年。因此，其稳定性较走向长度大、暴露时间长的边坡为好。再次，二次剥离边坡的物料，按开采设计，已经过20年以上的压实，其稳定性应较刚排弃未经长时间压实的边坡为好。这些均是评价二次剥离边坡稳定性时应考虑的方面。
但总体而言，因二次剥离边坡大部分位于倾斜的基底上，边坡倾向与基底倾向相同，边坡倾角较大为20°，从一般工程判断，其稳定条件较差；国内对二次剥离边坡的稳定性又无经验，因此，它是防护的重点。
2、 第二条区
第二条区的排土工程完全沿岩层走向推进。同上，排弃物的西侧，有采场西帮边坡岩体支撑，从排土场边坡断面上看，排弃物位于“水平”基底上；此外，此边坡是排土场的工作帮边坡，其边坡角较小。因此，这种排土工作帮边坡其稳定性是较好的。
三、按运输排土工艺评价
本矿采用的是汽车运输，汽车推土机排土工艺。
汽车运输机动灵活，较铁道运输爬坡能力大，线路曲率半径小。因此，在采场底部，汽车运输线路通常不切断煤层底板岩层，这有利于内排土场的稳定。在排土场上部，汽车运输、汽车推土机排土工艺能较好地适应排土场的变形。当排土场发生一定变形后，仍能维持或很快恢复生产，这是其它轨道运输无法比拟的。因此，汽车运输，汽车推土机排土工艺是较能适应排土场不同稳定性的。
四、按排弃物、排土场基底岩土特征评价
本矿剥离岩土有泥岩、不同粒径的砂岩、炭质泥岩及薄层夹煤、第四系覆盖层等。岩石凝灰岩多，胶结不良，易风化，风化压实后呈各种土状。排土平盘表面所见，排弃物粒度一般较小，呈粉末状，但在坡面下部能见到大块岩石，钻孔中能见到尚未风化、胶结尚好的岩块、煤炔等。从混合排弃物室内试验结果可知，其抗剪强度属砂粘土范围，中等大小。排弃物室内试验不透水者居多，弱透水或中等透水者少。在排土台阶中下部因存留较多大块，因而透水性应较好。排土场不同钻孔中的含水特征说明排弃物中未形成连续的水位线。
上述说明，本矿排弃物不同于我国其它许多露天矿由大量坚硬透水良好大块堆积而成的排土场的排弃物，也不同于某些矿山高塑性含水量大的泥质物料堆积成的排土场的排弃物。
内排土场基底岩层完整，层间接触紧密，构造简单，岩性同剥离岩石。矿山疏干效果良好，基底不含水，基底内局部含弱层，但不连续。外排土场基底第四系覆盖层有粘性土、泥质粉砂、粉砂等，总厚不超过16m。外排土场防排水、疏干条件良好，对岩性影响不大。因此，从上述排弃物，内外排土场基底岩土的工程地质特性而言，排土场的稳定条件应属中等。
五、按内外排土场基底地形评价
从采场底板等高线图，得第一条区不同剖面内排土场基底最大倾角，如表1―1所列。
从表1―1可知，剖面22～剖面32，内排土场基底倾角较大，但实际剖面23以北第一条区内排量已逐渐减少，剖面26以南因有F5断层西侧岩体支挡排弃物，因而位于倾斜基底上的二次剥离高排土边坡主要形成的剖面23～剖面26之间，此地段二次剥离边坡稳定性较其它地段为差，应予注意。
在倾斜基底上走向排土的排土场边坡，已如前述，基底倾角大小不影响排土工作帮边坡的稳定性。外排土场基底均较平缓，对排土场稳定性无甚影响。
六、排土场稳定性主要结论
1、稳定性计算结果表明，一般条件下内外排土场不同剖面不同排土位置的边坡稳定系数均大于1.3，因而排土场一般是稳定的。但当局部排弃物、排土场基底岩土抗剪强度指标降低较多时，边坡稳定系数偏小，因而局部稳定性差，有失稳的可能。
2、排土场稳定条件最差的是剖面23～剖面26之间的二次剥离边坡，应特别注意。
3、内排土场走向排土的稳定性远较倾向排土为好，应尽量采用走向排土。
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