山西科技 文章编号：１００４—６４２９（２０１６）０４—００４７—０３ ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６年第３ｌ卷第４期 收稿日期：２０１６—０４—２５ 边坡稳定性分析及评价 穆海平 ， （１．太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原，０３００２４；２．西山煤电集 团屯兰多种经营分公司，山西古交，０３０２０６） 摘要：分析了井工开采对边坡稳定性的影响，分别对２９２０９工作面和 ２９２１０工作面影响区域进行了评价，得出结论：该矿由于采空区周围的岩 体应力分布发生变化，采空区上方出现冒落带、裂隙带及弯曲带，边坡岩 土体的完整性遭到破坏，原岩整体强度降低，边坡稳定性受到影响；２９２０９ 工作面及２９２１０工作面相互推进工作时，相邻主巷道之间影响较小。 关键词：边坡稳定性；井工开采；影响区域评价 中图分类号：ＴＤ８２４．７ 文献标识码：Ａ 安家岭露天煤矿隶属于中煤平朔煤业有限责任公 司，生产能力２ ０００万ｔ／ａ，平均剥采比为５．２５ ｍ３／ｔ。煤种 以气煤为主，主要开采煤层为４、９、１１号煤层，是良好 的动力用煤。该矿由于采空区周围的岩体应力分布发 生变化，采空区上方出现冒落带、裂隙带及弯曲带，边 坡岩土体的完整陛遭到破坏，原岩整体强度降低，边坡 稳定性受到影响。 移造成的附加应力时，地表移动最终将达到一相对稳 定状态，这时仅会在地表形成一系列动态的开采沉陷 盆地，对边坡稳定性不会造成影响；反之，随着井工开 采的推进，边坡岩体受到一定程度的扰动，加之北端边 坡岩体节理、裂隙发育，将会导致边坡岩体更易破碎， 这样就会大大降低边坡岩土体强度，当边坡的岩体强 度不足以克服井采岩移造成的附加应力时，将会促使 滑坡的发生［ 。 １井工开采影响 由于北帮下部矿井的开采，导致北帮局部边坡产 生向井采采空区中心的移动和变形，随着井采工作面 向前推进，变形将会随之进一步扩展，并在地表形成多 ２ ２９２０９工作面影响区域评价 ２．１变形概述 安家岭北帮２９２０９工作面发生变形，经现场踏勘， 变形区岩体呈破碎块状结构，岩体节理裂隙密集发育， 条动态弧形裂缝。当边坡体岩体强度足够克服井采岩 Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｅｏ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｚｏｎｅ（ＴＰＥＤＺ） ＳｏＮＧ Ｃｈｅｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏ—ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｆｉｅｌｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ＴＰＥＤＺ， ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｄａｔａ＇ｓ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｒａｔｅ， ａｎｄ ｇｒａｐｈ ｃｕｒｖｅ’ｓ ｃｈａｎｇｅ，ｅｔｃ．，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏ—ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｉｆｅｌｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ＴＰＥＤＺ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｉｔ ｃａｎ ｒｅｃｏｒｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｇｅｏ－ｅｌｅｃｔｉｃ ｆｒｉｅｌｄ ｗｉｔｈｉｎ ＴＰＥＤＺ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ／ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ＴＰＥＤＺ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｇｅｏ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｆｅｌｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ＴＰＥＤＺ ４７ 穆海平边坡稳定性分析及评价 本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｘｋｊｚｚｓ＠１６３．ｃｏｒｎ 科技论坛 主要存在两组优势垂直节理，一组近似垂直边坡走向， 另一组近似平行边坡走向，受其切割，边坡完整性差。 同时，变形区边坡体内主要存在两个明显连续弱层，弱 层厚约１０ ｃｍ～２０ ｅｍ，边坡出露处弱层呈土黄、黄褐色， 弱层上下岩体层间错动明显［２］。变形区内坡表平盘和 跟进时间早于２９２０９采面采至停采线，考虑到目前内 排正在按计划进行，而２９２０９采面采至停采线约为３Ｏ 天，可保障内排跟进时间早于２９２０９采面采至停采线， 因此近期可做２９２０９采面恢复生产准备工作。 ２９２０９采面恢复生产后需注意的安全事项：通过露 地表可见多条裂缝，其在变形区西翼呈现为雁形排列， 裂缝产状基本与岩体优势节理产状一致；变形区后缘 裂缝近似弧状，主要是受岩体滑移牵引产生。变形发生 天矿内排压脚及削坡减重等措施，已发生错动的１３１０ 和１２８０弱面得到有效控制，由井采所诱发的边坡问题 主要集中在１３６０平盘平盘以上的黄土边坡，由于黄土 后，安家岭露天矿对变形区采取了上部削坡减重、下部 内排跟进压脚的措施＿３］。 ２．２数值模拟结果及分析 根据安家岭露天煤矿２９２０９工作面，实现内排 １３３０平盘回填一半，１３３０平盘以下完全回填；基于此 基础，通过分析，决定就２９２０９现状及内排跟进后两种 情况进行ＡＮＳＹＳ一３Ｄ数值模拟。结果显示：随着内排跟 进，将可有效地减小井工矿造成的采沉影响，在相同情 况下，压脚后边坡整体位移未压脚前整体位移小，稳定 性将得到很大的改善；与此同时，由于对１３３０及以下 平盘进行压脚，可有效阻止边坡的应力释放，阻止边坡 整体沿着１２８０、１３１０水平滑动。 ２．３稳定分析结果及分析 ２９２０９工作面选取变形区范围内的剖面进行稳定 性计算，对其就未削坡、压脚前后两种情况进行稳定分 析［ 。 （１）未进行削坡、压脚时结果分析。未进行削坡、压 脚时，剖面稳定分析结果显示，未削坡压脚前边坡稳定 系数 仅为１．０８１，未满足安全储备系数１．２的要求。 （２）进行削坡、压脚后结果分析。对剖面的削坡方 案是１４０５平盘往后扩３０ ｍ；压脚方案为露天矿达到内 排计划：１３３０平盘回填一半，１３３０平盘以下完全回填。 削坡、压脚后剖面稳定系数将由原来的１．０８１提升至 １．２２１，能够满足安全储备系数的要求。 ２－４小结 该矿在对变形区采取内排跟进压脚、上部削坡减 重的情况下，边坡变形得到有效控制，特别是１２８０和 ｌ３ １０水平的弱面得到有效控制，此时边坡稳定性得到 改善，满足安全储备系数１．２的要求 。当１３３０平盘回 填至一半，１３３０平盘以下全部回填后可恢复２号井工 矿２９２０９采面恢复生产，恢复生产时间的原则是内排 ４８ 的固有工程性质，其抗拉强度较低，因此对开采沉陷的 反应较为敏感，１３６０以上黄土边坡坡面在井采沉陷的 影响下会出现裂缝乃至沉陷，也可能发生局部垮塌现 象，但可以控制，应在生产过程中加强该区域的边坡监 测与边坡维护。 ３ ２９２１０工作面影响区域评价 ３．１变形概述 经过现场踏勘，安家岭露天矿北帮２号井工矿 ２９２１０工作面处未发生岩层错动及塌陷裂隙等情况， ２９２０９工作面处两个水平弱层到此处逐渐减弱，但随之 而来的是黄土层加厚。 ３．２变形区边坡稳定性评价 对于现状边坡而言，２号井工矿４号煤已经达到设 计停采线位置，目前尚未发现其对北帮边坡系统产生 大的影响，但可受９号煤层的开采扰动而激发，通过稳 定计算分析得黄土台阶稳定系数为１．０９８，整体边坡稳 定系数为１．１８３；随着２号井工矿９号采掘的跟进，而 此时露天矿内排无法跟进至２９２１０采面，此区域边坡 稳定性将进一步弱化，类似２９２０９采面区域的边坡变 形仍会发生，因此考虑到露天矿生产的要求，在内排跟 进之前，需确定初始停采线位置，此初始停采线位置是 临时的，当９号煤开采至初始停采线时，其开采沉降将 会对１３９０其上的黄土边坡产生影响，可在边坡监测监 控措施的前提下，通过削坡和边坡维护等方式保障露 天矿山生产安全。当内排等措施跟进后再对其进行进 一步的开采。 ３＿３ 内排跟进前边坡初步调整方案 由于２９２１０采面在开采过程中，露天矿内排无法 及时跟进，根据该区域北帮边坡现状，黄土台阶厚度达 ６０ ｍ，黄土台阶坡角达３３。，其本身稳定性较弱，加之初 穆海平边坡稳定性分析及评价 本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｘｋｊｚｚｓ＠１６３．ｏｏｍ科技论坛 始停采线调整后，２号井开采沉陷主要对上部黄土台阶 产生影响，因此需对其进行适当的调整，具体方案为： １３６０台阶向后扩１０ ｍ，１３７５台阶向后扩１５ ｍ，１３９０台 阶向后扩２５ ｍ，１４０５台阶向后扩２５ ｍ，１４２５台阶向后 扩４０ ｍ，削坡量为５３９ ０００ ｍ３。 ３．４ ２９２１０工作面初始停采线调整 面之间势必在时空上存在着相互影响，尤其是相邻工 作面的巷道及采空区是否存在不利的相互影响。 通过对２９２０９工作面及２９２１０工作面巷道相互关 系的数值模拟可知，两相邻主巷道之间存在着应力及 应变叠加，但是均发生在保安煤柱上，效果不是很明 显；由于两个巷道平行布置，且存在一定距离的保安煤 柱，故两采空区之间并未出现明显的位移叠加现象。 综上可知，２９２０９工作面及２９２１０工作面相互推进 通过对剖面稳定计算结果可知，现状边坡受４号 煤采沉影响已经很大，如果９号采掘跟进到停采线位 置，将极大地弱化边坡的稳定性；通过重新调整９号 ２９２１０工作面停采线，将可提高边坡稳定性。调整方案 为：将原设计停采线沿２９２１０工作面采掘方向向后调 整１５０ ｍ。 工作时，相邻主巷道之间影响较小。 参考文献 ［１］侯宝柱．浅谈露天煤矿中边坡力学系统及边坡稳 定性问题［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１１（２０）：３０—３１． ［２］王振伟，郝哲，尚文凯，等．安家岭矿北帮滑坡区深 部边坡稳定性分析与评价［Ｊ］．采矿技术，２０１１（３）：１３— １４． ３．５ １ １号煤剥采边坡稳定分析 目前，安家岭露天矿为保证边坡稳定性，已停止对 １１号煤的剥采工作。为了实现露天矿经济效益，在保证 露天矿边坡安全的前提下，需考虑是否可以继续对１ １ 号煤继续剥离生产。 就１ １号煤剥采后是否对露天矿边坡稳定性造成 影响，选取了剖面进行稳定分析，其前提是对上部黄土 边坡进行了削坡处理，并根据露天矿剥采速度修正调 整井工矿采掘速度。对１ １号煤进行剥采后，整体边坡 稳定系数可达１．１７０，故当露天矿对边坡进行压脚、削 坡处理后可重新对ｌ１号煤进行剥采工作。 ［３］ 陈仕阔，杨天鸿，张华兴．平朔安家岭露天矿地下 采动条件下的边坡稳定性［Ｊ］．煤炭学报，２００８（２）：２９— ３０． ［４］王振伟，王来贵，王建国，等．弱面控制蠕动边坡变 形机制及滑坡控制技术［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报， ２０１０（２）：３３—３５． ［５］秦建明，宋子岭，尚文凯．安家岭露天矿井采影响 下北帮边坡变形破坏机理研究ＥＪ ｑ．露天采矿技术，２０１１ （２）：３８—３９． （责任编辑：王永胜） １ １号煤剥采前提是与当前边坡轮廓预留两个平 盘，每个平盘宽度为１５ ｍ。 ４ ２９２０９与２９２１０工作面主巷道影响关系分析 随着２号井工矿９号煤采掘面的跟进，相邻工作 作者简介：穆海平，男，１９７５年生，现为太原理工大 学建筑与土木工程专业２０１４级在读硕士研究生，西山 煤电集团屯兰多种经营分公司工程师。 Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｌｏｐｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ＭＵ Ｈａｉｐｉｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｏｎ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｓ ａｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｅｄ ａｒｅａｓ ｏｆ ２９２０９ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ２９２１０ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ，ｄｒａｗｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ Ｓ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃａｖｉｎｇ ｚｏｎｅ，ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｂｅｎｄ ｚｏｎｅ ａｐｐｅａｒ ａｂｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｍａｓｓ ｉｓ ｄｅｓｔｒｏｙｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｒｏｃｋ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ．Ｗｈｅｎ ２９２０９ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ２９２１０ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｐｒｏｍｏｔｅ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｄｊａｃｅｎｔ ｍａｉｎ ｒｏａｄｗａｙｓ ｉｓ ｌｅｓｓ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｕｎｄｅｒｒｏｕｎｄ ｇｍｉｎｉｎｇ；ａｆｆｅｃｔｅｄ ａｒｅａ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ４９
