采场排土场边坡技术管理资料汇编GXG.docx

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采场排土场边坡技术管理资料汇编GXG

XXXXXXXXXXXXXXXXXXX有限责任公司

XXXX煤矿

采场边坡、排土场边坡

技术管理资料汇编

编制单位：

XXXX煤矿地测技术科

编制日期：

二〇二〇年

（一）最终边坡到界后稳定措施

一、边坡安全事故原因分析

　　边坡安全管理是露天矿山安全的重中之重，边坡事故占露天矿山事故比例很大，边坡事故类型有坍塌、岩体滑落和悬石下落伤人三种，其中落石伤人事故较多。

此外，一旦发生坍塌和岩体滑落事故，就可能造成重大人员伤亡。

产生边坡失稳的主要原因有：

　　1、采矿方法不正确，如底部掏采，爆破时炸药量过大。

　　2、边坡的组成要素不合理，如阶段高度、阶段坡面角、最终边坡角与有关规程和设计要求不符。

　　3、地质构造未查明，如节理、裂隙、层理、断层和破碎带以及不稳定的软岩夹层和遇水膨胀的软岩面等形成的弱层分布范围、延伸长度、交叉程度。

　　4、岩石的物理力学性质未调查清楚。

　　二、预防处理措施

　　1、坚持自上而下、台阶式的开采方式。

台阶高度必须控制在10m左右，台阶边坡角必须控制在70°以内。

坚持打垂直炮孔，严禁在作业台阶底部进行掏底开挖，防止形成悬岩、伞檐或空洞。

　　2、边坡顶部必须挖掘排水沟，防止地表水直冲采场边坡，边坡中如有水流渗出，应采取引流疏干措施。

　　3、由于爆破作业产生的地震可以使岩体的节理张开，因此在接近边坡地段尽量不采用大规模的齐发爆破，可以采用微差爆破、预裂爆破、减震爆破等控制爆破技术，并严格控制同时爆破的炸药量。

在采场内尽量不用抛掷爆破，应采用松动爆破，以防飞石伤人，减少对边坡的破坏。

　　4、作业人员作业前和作业中以及每次爆破后，应当对坡面进行安全检查，发现工作面有裂痕或者坡面上有浮石、危石和伞檐体可能塌落时，相关人员应当立即撤离至安全地点，并采取可靠、安全的预防措施。

　　5、管理措施

（1）明确有经验的人员专门负责边坡安全管理工作。

（2）及时消除。

（2）到界平盘采取预裂爆破技术设计

预裂爆破技术被广泛应用于露天矿最终边坡、水利、铁路、公路工程的固定边坡、地下硐室和巷道开挖周边等。

预裂爆破后形成预裂面，当主爆孔爆破时，由于爆炸应力波传至这一预裂面时产生反射，地震强度一般可衰减50%～80%,因此阻止了对保留岩体的破坏，使采掘后沿开挖线形成平整光滑的壁面。

煤矿对到界台阶实施预裂爆破，具体步骤为：

（1）预裂爆破设计

依据最终设计边界、岩石性质、台阶高度等对到界台阶进行预裂爆破设计，确定孔深、孔斜、孔距、装药量、装药方式、起爆方式等（孔径和炸药已提前选定）。

预裂爆破采取不耦合间断装药，底部为避免夹制作用，增加药量，增加长度0.5m，装药量500g，上部装药采取间断装药，不耦合系数均为4。

预裂爆破技术参数及炮孔布置见表1、图1。

表1预裂爆破技术参数表

项目

技术参数

备注

台阶坡面角

70°

钻孔直径

100mm

超钻

0.5m

钻孔深

H/sin70°+0.5

H台阶高度

孔间距

1.5

赌塞长度

1.5

孔药量

3500g

线装药密

250g/m

（2）现场放样

依据设计进行测量定线，在现场确定预裂孔位。

（3）穿孔

按设计孔位进行现场穿孔工作，成孔后专业人员验收孔深、孔斜、孔距。

炮孔倾斜孔爆破，炮孔角度与台阶坡面角一致。

图1预裂爆破参数及炮孔布置图

（4）装药与放炮

制作药包，必须在选定的安全场所运行。

按照设计的装药量和各段的药量分配，将药卷绑扎在导爆索上，形成一个断续的炸药串，每一炸药串加工好，应立即编上该孔孔号，然后包扎好待用。

为使炸药爆炸炸时能够获得良好的不耦合效应，药捆绑在竹片上，再插入孔中，竹片位置于孔的下侧面。

炸药装填好后，先用纸团等松软物质盖在炸药柱上，孔口不装段应使用干沙等松散材料堵塞，堵塞应密实，以防止爆炸气体冲出，影响预裂效果。

按设计进行不耦合装药和起爆，检查爆破效果。

预裂孔要预先起爆或先于主炮孔起爆。

开挖到界后再检查预裂孔爆破效果，以坡面上残留孔痕率80%以上为最佳。

通过预裂孔爆破技术的应用，保持了岩体的整体性和强度，减少了片帮，提高了边坡的整体稳定性。

预裂孔爆破效果见图5-2。

图5-2预裂孔爆破效果图

（三）排土场到界前100m时边坡稳定性管理办法

为了加强我矿边坡稳定性管理，现制定边坡稳定性管理办法。

1、排土场到界前100m时，应沿着界线做出挡墙，挡墙高度不低于1.5m。

将范围内的道路合理改道，将范围内的附属物迁移出该区域以保证排土场的顺利施工。

2、排土场未施工前应进行工程勘查，查明该地区工程地质、水文地质条件。

尽量避开滑坡区域或古滑坡区，掩埋的古河道、冲沟口等不良地质。

3、排土场基底有不利于边坡稳定的松软土岩时，在排土前应采取相应的防排水和清除基底不利于边坡稳定因素并采取基底加固措施。

4、排土场的排弃高度和边坡角，应严格按照设计要求执行。

（四）不稳定边坡管理办法

一、边坡稳定的监测措施

露天矿边坡监测技术大致可分为位移监测、岩体破裂监测、水的监测和巡检四个主要类型，其中最主要的是位移监测。

位移监测主要是通过对边坡地表和内部的重要部分岩体在不同情况下所产生的位移量和位移方向的动态变化，来确定边坡的变形模式及可能存在的滑面位置。

位移监测其主要分为三个方面：

（一）地面位移监测

地面岩移监测。

在矿坑周边地面建立岩移观测点，实施定期观测，及时掌握边坡动态。

采场内平盘岩移监测。

在矿坑主要工作平盘上布置观测点，与地面观测点一起构成网状分布，定期进行观测，随时掌握岩移情况。

重点部位临时岩移监测。

对重点部位设置临时观测点，按周期进行观测，监视局部变形，及时做出变形或滑坡预报。

（二）深部位移监测

为了掌握深部岩体的变形动态，建立地下岩体位移变形监测孔。

钻机成孔后，在孔内安装有刻槽滑道的聚乙烯管，用移动式测斜仪进行定期监测，从而实现对深部岩体变形动态的观测，并及时做出变形预测。

（三）人工监控

配合地面岩移监测，安排专业人员分区域进行巡视，查看地表裂隙或建筑物的变形状况，以便随时发现变形异常情况，并及时采取对策。

二、加强对不稳定边坡治理工程的管理 

各部室应加强对不稳定边坡治理的现场管理。

1）煤矿对不稳定边坡治理负总责，督促施工单位落实各项措施，必要时，组织专家对不稳定边坡治理的设计、施工方案进行专门论证，严把不稳定边坡治理；

2）地测技术科应对不稳定边坡的地质情况进行全面勘察，在勘察报告中充分反映出存在的不利因素，并对治理措施提出意见；

3）地测技术科要综合考虑各种因素，充分结合勘察报告反映的地质情况，严格按照相关技术标准规范进行设计，确保边坡治理工程的设计合理、可靠；

4）施工单位必须严格按照技术标准、设计规划进行施工，严禁违章施工；

5）地测技术科应对施工过程进行严格检查，对违反设计规划、技术标准的，及时责令改正；

6）地测技术科要加强对不稳定边坡的监测，及时通报监测数据。

煤矿各主管部室应加强对不稳定边坡治理工程的监管，提高监督抽查的频率，必要时组织专家进行检查，发现问题要及时责令整改，并予以通报、罚款。

三、加强对不稳定边坡附近临设的监管 

地测技术科要加强对地处不稳定边坡的临时机械设施的监控和管理。

1）地测技术科要组织、督促施工单位加强对边坡的巡查和监测，进入雨季时期要进行加密监测，并安排专人巡查值班；

2）地测技术科要做好边坡应急工作，并制定有针对性和可操作性的应急预案；

3）地测技术科编制施工组织设计时，要充分考虑边坡的影响，合理布机械设施，要尽可能远离边坡，做好有组织排水工作；

4）当监测数据显示边坡出现位移、变形等异常状况时，各单位要及时排除险情并疏散边坡附近的人员，设立警示标志。

各主管部室和施工安全部室应结合监督检查，加强对施工现场边坡及附近机械设施的安全监管，督促各部室做好应急管理和巡查监测工作，确保施工现场的安全。

（五）不稳定边坡稳定性分析与评价

一、不稳定边坡稳定性分析

（一）方法的选择

极限平衡法是当前边坡稳定性分析的常用方法，其具有计算模型简单、计算参数量化准确、计算结果直截实用的特点。

在极限平衡法理论体系形成的过程中，出现过一系列简化计算方法，诸如瑞典法、毕肖普法和陆军工程师团法等，不同的计算方法，其力学机理与适用条件均有所不同。

随着计算机的出现和发展，又出现了一些求解步骤更为严格的方法，如Morgenstern-Price法、Spencer法等。

考虑到采场和排土场滑坡的潜在模式是圆弧滑面滑动和圆弧直线型滑动，因此本评价报告仅对Bishop法和Morgenstern-Price法进行分析，并选用基于该2种算法原理的软件进行边坡稳定性验算。

2种方法的原理分述如下：

1、Bishop法

Bishop法是对提出边坡稳定分析圆弧滑动分析法的Fellenius法作了重要改进的一种计算方法，Bishop法率先提出了安全系数的定义，对条分法的发展起到了重要的作用。

然后通过假定土条间的作用力为水平方向，求出土条间的法向力。

它都是通过力矩平衡来确定安全系数。

Bishop法设滑面为圆弧面，安全系数表述为对滑面旋转中心的抗滑力矩与下滑力矩之比，每个分条都处于力的平衡状态。

按分条铅垂方向力的平衡，则分条底部的有效法向力

（参见图4-1-1）：

（4.3）

式中：

。

安全系数为：

（4.4）

图4-1-1毕肖普法分条间力

Bishop方法是考虑了分条间力的作用进而来求解安全系数的。

En和En+1是分条间的法向力，它不存在于安全系数的表达式中，因为它是通过平衡方程在推导安全系数的过程中被消去的，每个分条的力都处于平衡状态，整个滑体的力矩处于平衡状态，单个分条力矩的平衡条件没有被考虑，由于很难准确求得分条间的剪力Xn－Xn＋1，所以为了考虑实用性，设Xn－Xn＋1=0，即分条间剪力的作用被忽略，这就是Bishop简化法。

2、Morgenstern-Price法

Morgenstern-Price法的特点是考虑了全部平衡条件与边界条件，这样做的目的是为了消除计算方法上的误差，并对Janbu推导出来的近似解法提供了更加精确的解答。

对方程式的求解采用的是数值解法，滑面的形状为任意的，稳定系数采用力平衡法。

Morgenstern-Price法对任意曲线形状的滑裂面进行分析，推导出了既满足力平衡又满足力矩平衡条件的微分方程，是国际公认的最严密的边坡稳定性分析方法。

虽获得了数学形式上的严格，但计算起来很不方便，一些学者对其进行了改进，陈昌富在他们的基础上，不改变其基本假定，建立了便于计算的非微分形式的Morgenstern-Price法。

如图4-1-2所示，作用在土条上的作用力有：

①土条的自重Wi。

②条块底面的法向反力Ni、抗剪力Tfi及孔隙水压力uili。

③土条两侧的法向力Ei、Ei+1及竖向剪切力Xi、Xi+1。

④土条重心作用着水平地震惯性力KGi，K称为地震加速度。

a）滑动面上的力和力臂b）条块上的作用力

图4-1-2Morgenstern-Price法验算简图

取土条底面切向力的平衡，有

（4.5）

根据安全系数的定义和摩尔-库伦破坏准则

（4.6）

取土条底面法向力的平衡，有

（4.7）

在Morgenstern-Price法中，假定各条块之间的条间力E和X存在以下函数关系：

（4.8）

式中：

λ为任意常数；f（x）为条间力函数，它与边坡坡面形状和滑动面形态有关，当f（x）为常数，即为Spencer法；如取f（x）=0，即为Bishop法。

其中x为线性归一化后滑动体水平方向的坐标。

联立式（4.5）～式（4.8），最终可得条间力E的递推公式

i=1,2,…,n（4.9）