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灵泉露天煤矿残煤回采东帮边坡稳定性分析研究
摘要: 在详细分析了灵泉露天煤矿东帮边坡的工程地质、水文地质情况,及以往的边坡稳定性研究资料的基础上,对东帮边坡稳定性进行了详细的分析、研究。研究结果表明:东帮最终帮坡边坡角为32~35°,~,满足临时边坡稳定储备系数要求。
关键词: 露天煤矿;边坡;帮坡角
1 引言
灵泉露天矿是1960年开始建设,1966年5月投产,设计能力为年产60万t的中型露天矿。1974年进行改扩建,设计能力扩大到年产180万t。自1966年至2008年40余年间,累计生产煤炭4 ,剥离土方22 。2008年末剩余可采储量6 806万t。现灵泉露天煤矿进行残煤回采,实现横采内排,原工作帮东帮成为了端帮,为了消除滑坡对残煤回采的影响及对安全生产的制约,对灵泉露天煤矿东帮边坡稳定性进行分析研究。
2 矿区概况
矿区位置及地形
灵泉露天煤矿位于大兴安岭西坡之内蒙古高原,属于额尔古纳隆起带和海拉尔沉降带的接壤部位。区内地势虽高但地形平坦, m,区内绝对标高一般在545 m左右,相对高差20~30 m。本区西部为上侏罗统兴安岭群,岩性以中酸性火山岩为主,抗风化性较强,在地貌上形成低山丘陵地带。
矿区水文地质条件
灵泉露天矿水文地质条件比较复杂,按其含水层的组成和水力性质的不同分为3个含水层组:
第Ⅰ含水层为第四系冲积层。该层由细砂、粉砂、砂质粘土、砂砾等组成,为孔隙潜水含水层。该层以细砂含水层为主要含水层,遍布于全矿区。第四系冲积层厚度变化不大, m, m,一般厚度为14~18 m;细砂含水层发育较稳定,~ m,~ m,~ m/d。
第Ⅱ含水层为煤系风化带裂隙承压含水层。该层赋存于第四系地层以下至垂深90 m,由褐煤、砂岩、砂页岩组成,其中以褐煤含水层富水性与透水性最强,为矿区的主要含水层。该褐煤为风化带内的Ⅱ2~Ⅱ3煤层,其厚度变化不大,为17~19 m,裂隙发育,渗透系数为10~12 m/d,煤层顶底板砂岩透水性与富水性均不强, m/d, m/d。
第Ⅲ含水层为亚风化带裂隙承压含水层。该层赋存于垂深90 m以下,由褐煤、砂岩、砂页岩组成,为富水性与透水性均较弱的含水层, m/d。
在露天境界范围内,第Ⅰ与第Ⅱ含水层被粘土隔水层相隔,但在开采区之外的北部及东部的局部地区粘土层尖灭,使第Ⅰ与第Ⅱ含水层相互发生水力联系。第Ⅱ与第Ⅲ含水层岩性组成相同,只是依据所处风化带的深度不同而区分的,这两个含水层的水力联系甚为密切。
边坡岩体的工程地质条件
(1)地层及其特征。第四系冲积层:主要为粉细砂层、粘土层和砂砾层,~ m、~ ~ m,而且都分布在529标高以上,总厚度为15 m左右。
煤层上部基岩岩层:主要为侏罗系—下白垩系的砂岩和泥质岩,砂岩以细砂岩和粉砂岩为主。其次,尚有一部分中粗砂岩和少部含砾粗砂岩。
煤层底板下部岩层:煤层底板岩层系侏罗系松软岩层,自上而下为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩互层和泥岩。其中粉砂岩透水性较好,胶结性极差,强度很低,平均厚度为8~12 m;互层的岩性由上而下渐变,其砂质成分逐渐变低,泥质成分逐渐变高,透水性逐渐变差,~2 m。
(2)地质构造。露天矿区为扎赉诺尔煤田向斜西翼呈单斜构造,区内构造以断层为主,除局部地段的煤层露头部分和深部近水平呈微小起伏外,没有褶皱出现。地层走向总体呈NE 40°左右,但到了勘探区北部增大到NE 50°以上,勘探区南部则略有减少,一般为NE 25~30°。地层的倾向为ES,倾角0~18°,一般均在8~12°以下,但露头部分变化很大。
该矿断层发育,共有6个主要断层,F4、F5、F6、F10、F33、F35均为走向正断层,断层倾角为45~60°不等,断层走向趋近于地层走向。
F4断层近于平行地层走向,呈弧形横贯全区,为正断层,走向为NE 30~50°,倾向SE 40~60°,断层落差10~70 m。F4断层与东帮最终帮坡在85剖面的+420处相交,交角在45°左右。由于85剖面底部以北接近露天矿的最终开采,而且F4倾向与东帮边坡坡向相反,所以F4断层对东帮边坡稳定性影响较小。F5、F6、F10、F33、F35与东帮最终边坡不相交,所以对东帮边帮稳定性没有影响。
(3)煤层。全区可采煤层为Ⅱ2-1煤和Ⅱ3煤,大部分可采煤层为Ⅱ2-