安太堡露天矿北帮2017年设计边坡稳定性分析预测

杨 秀，王 哲，韩 亮，于峥嵘

（1．中煤平朔集团有限公司 安太堡露天矿，山西 朔州 036006；2．中煤平朔集团有限公司 井工三矿，山西 朔州 036006）

安太堡露天矿北帮2017年设计边坡稳定性分析预测

杨 秀1，王 哲2，韩 亮1，于峥嵘1

（1．中煤平朔集团有限公司 安太堡露天矿，山西 朔州 036006；2．中煤平朔集团有限公司 井工三矿，山西 朔州 036006）

随着开采强度和生产规模的不断加大，地质构造与征地困难等因素共同影响，安太堡露天矿采场、排土场边坡的暴露高度、范围及时间也在持续增加，边坡安全隐患日益凸显，对露天矿安全生产构成了一定的威胁。在2016年底北帮现状边坡稳定性评价的基础上，对2017年设计边坡的稳定性进行分析预测，对科学指导生产具有实际意义。

暴露高度；安全生产；边坡稳定性

1 概 况

2017年安太堡露天矿处于背斜区影响范围内，该背斜区宽为1.2 km，走向为SE—NW方向，在背斜的东翼煤系地层由近水平变为倾斜，煤层倾角急剧增大，平均达到8°～12°（14%～21%），局部最大倾角22°（40%），背斜区煤系地层下降50～100 m，煤层下降最大值为270 m，11#煤层底板标高为1 050 m左右，边坡高度增加；再加之北帮受北岭村征地影响，北帮边坡不能及时靠界，暴露时间加长，边坡安全隐患凸显，对露天矿安全生产构成了严重威胁。因此对2017年北帮设计边坡稳定性做出科学预测是目前急需解决的重要技术课题。

2 边坡稳定性分析方法的选取

目前，边坡稳定性分析方法中最常用的方法为极限平衡法，其计算模型简单、参数量化准确、其计算结果直接实用等特点。在其理论形成过程中，出现一系列简化计算方法，比如瑞典法、Bishop法和陆军工程师团法等，其计算方法不同，力学机理和适用条件也不同。通过对比分析，本次稳定计算采综合采用Bishop和Spencer法来确定边坡的稳定性系数[1-5]。

3 边坡安全储备系数的确定

采用极限平衡分析方法对边坡稳定性进行分析，安全储备系数或者说稳定系数是边坡稳定分析计算中的一个定量参数，它将直接影响到设计边坡的经济性与安全性。

GB50197—2015煤炭工业露天矿设计规范第6.0.8条规定并根据目前对安太堡露天矿研究区域范围内的地质、构造条件、以及所掌握的相关资料情况，本次稳定性分析安全储备系数的选取应当充分考虑时间效应，按永久性边坡和临时性边坡分别予以充分考虑。对于端帮边坡的稳定性，选取Fs为1.20（服务年限10～20 a）；对于排土场边坡的稳定性，选取Fs为1.20（＞20 a）进行保守计算。认为Fs>1.2时边坡稳定，1.1

4 岩土体物理力学性质指标推荐值

本次边坡稳定性预测分析岩土体物理力学指标采用如下方法得到：

通过收集和整理矿区以有的岩体力学实验结果、对工程地质补充勘查取得的岩土样进行岩土的物理力学性质实验，得到实验数据，然后通过强度折减法最终获得岩土体物理力学性质指标。

经过对比与分析，本次所使用的力学参数指标如表1、表2所示。

表1 安太堡矿端帮稳定分析岩土体物理力学参数指标

表2 安太堡矿端帮稳定分析岩土体物理力学参数指标

5 2016年底北帮现状边坡稳定性分析

2016年底北帮现状边坡稳定性分析在北帮选取了3个研究剖面，并结合实际情况，对3个研究剖面分别进行了现状边坡稳定性分析。分析方法采用毕肖普法和Spencer法。

5.1 毕肖普条分法

毕肖普(A.N.Bishop)于1955年提出一个考虑条块间侧面力的土坡稳定性分析方法，称为毕肖普条分法[7]。此法仍然是圆弧滑动条分法。毕肖普进一步假定△Hi=0，实际上也就是认为条块间只有水平作用力Pi，而不存在切向作用力Hi。在计算时不能直接求出土坡的安全系数Fs，而需要采用试算的办法，迭代求算Fs值。为了便于迭代计算，已编制成mθ-θ关系曲线如图1所示。

图1 mθ-θ关系曲线图

试算时，可以先假定Fs＝1.0，由图1查出各个θi所相应的mθi值，并将其代入Fs=中，求得边坡的稳定安全系数F′s。若F′s与Fs之差大于规定的误差，用F′s查mθi，再次计算出稳定安全系数F′′s，此如这样反复迭代计算，直至前后两次计算的稳定安全系数非常接近，满足规定精度的要求为止。通常迭代总是收敛的，一般只要试算3～4次，就可以满足迭代精度的要求[8]。

5.2 广义极限平衡方法

广义极限平衡法（General Limit Equilibrium Method）考虑了其他各种方法涉及的关键因素，它是基于两个平衡方程得出的安全系数。广义极限平衡法采用Morgenstern和Price在1965年提出的公式来处理条带间的剪力假定问题[9-11]。

Spencer法是Morgenstern-Price法的一个特例。目前被普遍接受的合理性条件即 Morgenstern-Price，其具体方法如下：

1）沿着划分的土条两侧垂直面上的剪应力不能超过在这个面上所能发挥的抗剪能力，

即：

2）为保证在土条接触面上不产生拉力，作用在土条上的有效力的合力作用点不应该落在土条垂直面的外面。

式中，y′t为作用在土条垂直面上的有效法向力的作用点的纵坐标值。

而Spencer法在Morgenstern-Price法的基础上，假定土条侧向力的倾角为一常数，即f（x）=1和f0（x）=1，此方法在长期使用中总结出经验已足够精确。

经过综合分析，各研究剖面位置边坡稳定情况见表3所示。

表3 安太堡矿2016年底北帮现状边坡稳定性分析结果

安太堡露天矿BB-1603剖面现状边坡安全系数较小的典型位置如图2所示。

分析结果表明：

1）北帮BB-1601、BB-1602等3个研究剖面现状边坡稳定性系数小于1.2的位置主要集中在上部松散层台阶和排弃土台阶，由于岩层面与边坡面逆倾，岩体结构较完整，同时不存在弱层等的影响，自然状态下岩石台阶稳定性满足规范要求，不存在滑坡的危险，正常情况下不存在整体失稳的可能。

图2 安太堡矿BB-1603剖面现状边坡稳定性分析位置1

2）BB-1601剖面位置1（1 320～1 345 m水平）的稳定系数为1.117，稳定状态为基本稳定，存在黄土台阶局部崩塌的危险。

3）BB-1602剖面位置1（1 320～1 350 m水平）稳定系数为1.008，稳定状态为基本稳定，存在黄土台阶局部崩塌的危险。

4）BB-1603剖面位置1（1 300～1 340 m水平）稳定系数为1.031，稳定状态为基本稳定，存在黄土台阶局部崩塌的危险。

6 北帮2017年设计边坡稳定性预测

北帮2017年度设计边坡稳定性预测地表台阶线采用2016年生产计划平面图，本次评价在北帮共布置3个研究剖面（如图3），结合现场实际情况，对3个研究剖面均进行了2017年设计边坡稳定性预测分析。分析方法采用毕肖普法和Spencer法。

图3 2016年底北帮选取剖面位置图

经过综合分析，各研究剖面位置边坡稳定情况见表4所示。

表4 安太堡矿北帮2017年设计边坡稳定性预测分析

安太堡露天矿BB-1602剖面2017年设计边坡安全系数较小的典型位置如图4所示。

图4 安太堡矿BB-1602剖面现状边坡稳定性分析位置1

分析结果表明：

1）北帮BB-1601、BB-1602等3个研究剖面2017年设计边坡稳定性系数小于1.2的位置主要集中在上部松散层台阶和排弃土台阶，由于岩层面与边坡面逆倾，岩体结构较完整，同时不存在弱层等的影响，自然状态下岩石台阶稳定性满足规范要求，不存在滑坡的危险，正常情况下不存在整体失稳的可能。

2）BB-1601剖面位置1（1 320～1345 m水平）的稳定系数为1.115，稳定状态为基本稳定，存在黄土台阶局部崩塌的危险。

3）BB-1602剖面位置1（1 320～1350 m水平）稳定系数为1.002，稳定状态为基本稳定，存在黄土台阶局部崩塌的危险。

4）BB-1603剖面位置1（1 300～1340 m水平）稳定系数为1.025，稳定状态为基本稳定，存在黄土台阶局部崩塌的危险。

7 结 论

综上所述，影响安太堡矿北帮2017年设计边坡稳定的主要因素为松散层单台阶坡面角较大以及季节性降雨，实际生产中需严格控制松散层单台阶边坡角的大小，同时加强边坡变形监测与巡查工作，边坡稳定控制工作的重点为防止松散层台阶的局部崩塌。

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【责任编辑：张东旭】

Slope stability analysis prediction in north slope of Antaibao Open-pit M ine in 2017

YANG Xiu1,WANG Zhe2,HAN Liang1,YU Zhengrong1
(1.Antaibao Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China;
2.No.3 Underground Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

With mining intensity and production scale increase,affected by the geological structure and the difficulty of land acquisitions,the exposure height,scope and time of the slope are also increasing,and the danger of slope safety is highlighted, which threaten safety production.Based on the slope stability evaluation of the north slope in 2016,the article carries out analysis and prediction on the stability of design slope in 2017,which has practical significance for scientific guiding production.

exposure height;production safety;slope stability

TD824.7+1

B

1671－9816（2017）09－0052－04

2017-06-20

杨 秀（1985—），女，辽宁盘锦人，工程师，硕士，2012年毕业于辽宁工程技术大学露天采矿专业，现在安太堡露天矿技术部从事煤质管理工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.013

杨秀，王哲，韩亮，等.安太堡露天矿北帮2017年设计边坡稳定性分析预测［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：52-55.