露天煤矿边坡稳定性分析与评价报告.docx

1、露天煤矿边坡稳定性分析与评价报告露天煤矿边坡稳定性分析与评价报告山西某某某某煤业有限公司露天矿边坡稳定性分析与评价报告第一章 绪言一、任务来源2009年11月20日山西省国土资源厅为山西某某某某煤业有限公司颁发了编号为C1400002009111220044251号采矿许可证，批准开采9-11号煤层，矿田面积5.2554km2，生产规模为60万t/a。2010年5月31日经山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发201038号文关于山西某某某某煤业有限公司重组整合方案调整的批复批准，山西某某永煤业有限公司开采方式由井工开采变更为露天开采，矿井能力由60万t/a提升到90万t/a。

2、该矿重组整合后特委托山西同地源地质矿产技术有限公司编制该矿的地质报告，山西同地源地质矿产技术有限公司于2010年11月编制完成了山西某某县某某煤业有限公司兼并重组整合露天煤矿地质报告。经过对地质报告所提供资料进行了大量的分析、计算、比较，我院认为该矿地质、煤层赋存等条件基本可以满足露天开发的条件，且采用露天方式开发矿田内煤炭资源具有安全性高、煤炭回收率高等优势，因此该矿特委托我院进行山西某某县某某煤业有限公司露天煤矿兼并重组整合项目初步设计的编制工作。二、目的任务通过广泛搜集、研究已有资料，根据露天矿实际采掘情况和外排土场情况，结合已有勘察、设计成果和资料，外围调查与重点勘察相结合，室内研究与

3、野外勘察相结合，认真做好边坡地质原型的勘察研究，在地质分析的基础上，系统分析研究边坡体的变形破坏机制及其演化过程，并对其稳定性进行评价、预测。具体任务如下：1、收集有关地质、水文地质资料等相关资料；2、对边坡及周边进行1：5000地形测绘；3、对边坡及周边进行1：5000工程地质填图及调查；4、在采掘场边坡范围内布设探井不少于6个，并进行描述、取样，所取样品具代表性并进行室内试验；5、通过收集和勘查后查明边坡所处的地质环境，包括地形地貌、地层岩性、坡体结构、地质构造、水文地质条件等。6、查明边坡空间分布范围及形态特征、厚度大小、变化及发育情况，分析评价边坡的稳定性，预测其发展趋势。三、评价依据

4、本次勘察工作的依据是国家现行行业规范、规程、主要有：地质灾害防治条例（国务院第394号令）边坡防治工程勘查规范（DZ/T02182006）边坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T02192006）崩塌、边坡、泥石流监测规范（DZ/T02212006）地质灾害防治工程勘察规范（DB50143/2003）岩土工程勘察规范（GB500212001）建筑边坡工程技术规范（GB503302002）工程测量规范（GB50026-93）全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T182314-2001)土工试验方法标准（GB/T50123-99）工程岩体试验方法标准（GB/T5026699）原状土取样技术标准(

5、JGJ89-1992)工程地质手册（第四版）等四、以往研究程度某某县基础地质研究程度较高，尤其是基础性的煤田勘探和地质储量核查及露天矿资源整合方面的研究程度较高。工作区未进行过岩土工程勘察，专项边坡勘察研究程度较低，仅在基础性的资料中有涉及，所采用的岩石力学指标均是本矿勘探时的岩样指标，对表土体的工程性能仅有概括性的论述，本次评价报告主要参考资料有：1、山西省地质环境监测中心、某某县国土资源局2006年6月提交的山西省某某县地质灾害调查与区划报告；2、2007年3月山西同地源地质矿产技术有限公司编制的山西某某昌平煤业有限责任公司煤矿矿井地质报告 及山西某某高远煤业有限责任公司煤矿矿井地质报告；

6、3、2005年7月山西地科勘察有限公司编写的吕梁市某某县桃红坡镇马蕊沟煤矿资源储量核查检测报告；4、山西地科勘察有限公司2010年4月编制的山西某某某某煤业有限公司露天煤矿兼并重组整合地质报告（供资源整合用）；5、内蒙古自治区煤炭科学研究所2010年5月编制的山西某某某某煤业有限公司兼并重组整合露天煤矿初步设计；6、内蒙古自治区煤炭科学研究所2010年8月编制的某某某某露天煤矿排土场设计说明书。上述报告均对岩体的工程性能有所涉及，尤其是后边三个报告主要是针对该矿整合后露天开挖进行的，对边坡稳定有单独的篇章，对本次评价工作的参考价值较大。五、工程概况1、露天矿概述山西某某某某煤业有限公司露天煤矿

7、兼并重组整合后持有山西省国土资源厅2010年5月14日颁发的采矿许可证（证号：C140000*5325），井田由以下22个拐点坐标圈定(见表1-1)。矿井批准开采9、10+11号煤层，井田面积17.876km2，开采深度12050m。矿田平面形态呈西北东南向长条状，为不规则的多边形，南北长约9.5km，东西宽约2km，面积17.876km2，最大开采深度120m。2、资源储量矿权界内资源储量为79.24Mt，开采境界外资源储量为2.4Mt，开采境界内可采原煤量为63.67Mt，压帮煤量为11.3Mt，采区过渡压煤0.73Mt。3、开采及运输本矿剥离、采煤均采用单斗汽车开采工艺。包剥离用2.5m

8、3液压挖掘机20台，32t自卸汽车75台，采煤用2.5m3液压挖掘机2台，20t自卸汽车11台。开拓方式为移动坑线开拓；运输系统采用采场与排土场半环式联络方式；排土方法为前装机推土排弃。4、首采区及外排土场首采区设在矿田首采区选择在高级储量多，平均剥采比和生产剥采比相对较小，服务年限长的北部，外排土场选择在矿权境界内首采区北侧及西南沿石家冲沟西侧，设一个外排土场，外排土场占地面积59.39*104m2.，高程在1360m-1460m之间，堆土边坡19，堆土体积约1529万m，可排剥离物1.7年。剥离及采煤台阶最小工作平盘要素见表1-3。表1-2 采剥工作平盘要素表项目符号单位台阶要素值煤岩土台

9、阶高度Hm煤层自然厚度(6m)1010采掘带宽度Am101010台阶坡面角707060爆堆宽度Tbm480坡底安全距离Cm2.52.52.5坡肩安全距离Tjm2.53.53.5平盘排水沟顶宽km333其他运输通道Qm444运输道路宽度Tm121212运输平盘宽度Bm283325最小工作平盘宽度Bminm373737外排土场设在采掘场东侧原孙家沟村所在处，占地面积59.39*104m2.，高程在1360m-1460m之间，堆土边坡19，堆土体积约1529万m，可排剥离物1.7年。 表1-4 外排土场参数表 占地面积59.39*104m2最终松散系数1.2最终排弃标高1460m备用系数1.2总排弃

10、高度100m排土场容量15.29Mm3台阶高度20m最终稳定帮坡角19六、技术路线根据勘察目的任务，参照有关规范、规程及技术标准，工作思路是由粗到细，充分利用已有资料，在分析已有资料的基础上进行补充。在已有的工程地质测绘、工程地质调查基础上针对边坡的发育特征率先进行了工程地质定点测量，同时在先期开采地段各方向的边坡走向上布设探井，施工探井后现场取样，送入试验室进行土样的物理力学指标试验。在取得土体指标和分析已有岩石指标和排土松散堆放物抗剪指标的基础上，综合对比分析后对确定不同工况下边坡的稳定性，保证提交资料的可靠性。七、工作布置、方法及完成的工作量1、工作量布置原则以人为本的原则为了评价边坡的

11、稳定性和保障人民生命财产安全，工作区的划分应包括边坡区及可能的危害区。紧密围绕工作目的的原则围绕本次工作目的，以查明边坡的规模、类型、危害程度、稳定性及危险性为宗旨，通过综合手段查明边坡的变形结构要素、边界条件及性状特征，注重构造环境、边坡发育史的分析，加强边坡体形成机制、发展趋势及主要影响因素的综合研究而部署工作。定量评价与定性分析相结合的原则定量评价是建立在正确的定性分析的基础上的，因此对采集的各类数据应认真分析，使取得的数据能有效的服务于评价工作，为边坡稳定评价、预测提供科学、合理的各类参数。采用新技术、新方法的原则根据现场实际情况，充分考虑各种勘探方法的可行性、适用性及其特点，尽量采用

12、新技术、新方法，特别是“技术要求”规定的照相、录象及建立地质勘查空间数据库及属性数据库。有效性原则勘查过程中，根据边坡体的实际情况结合煤矿建设改造的具体特点，合理调整勘查工作量和工作量的布置，本着解决实际问题的目的部署工作。2、勘查方法现场踏勘和类比同类工程以往施工经验决定本次勘察在收集资料的基础上采用工程地质测绘、工程地质调查、井探、室内试验等多种勘察手段进行外业工作。工程地质测绘中的控制点测量使用南方测绘生产的NGS200型单频静态GPS接收机进行观测，采用边连式、单点推进，复边联测的观测方法。同步观测时间均大于60分钟。数据处理及平差计算使用随机软件，基线向量解标进行重复基线、同步环、异

13、步环检验，确定最终测量成果。工程地质调查地形图采用本次勘查测绘成果，精度为1：5000的地形图，对实际填图过程中的地质界线、重要地质露头、边坡周界、边坡标志性特征点均采用专业技术人员指定，测量人员用GPS定位的作业方法，对露头点中地层走向、倾向、倾角均采用地质罗盘仪选取多点进行反复测量。探井采用人工开挖至最大深度，直至揭露至岩石为止，探井中取原状土样用人工在井壁上采取。本次工作探井原状样达到级；所有样品都及时密封，妥善保管并加保护层后装车送入化验室，本次勘查工作所有样品室内试验工作均由我单位测试中心山西省三水实验测试中心完成。3、工作过程本次外业工作始于2013年1月2日，于2013年11月1

14、5日完成，历时十月余。2013年1月12日开始对先期开采地段进行工程地质填图及调查工作；同时对先期开采地段拟形成的边坡进行人工施工探井，人工施工探井也在调查基础上在边坡的纵长方向上布置，共布置9个探井，对人工采取探井样及时送回实验室进行测试，外业工作告一段落后，即在2013年11月9日始编制报告。4、完成工作量本次边坡稳定性分析外业工作累计完成1：5000工程地质测绘2.0km2，1：5000工程地质调查4.0km2；探井9眼，累计进尺111.4m，取土样13件。室内完成土体常规试验13件、剪切试验13件，详见表1-5。表1-5 完 成 工 作 量 统 计 表 序 号项 目单 位数 量备 注1

15、资料收集份62工程地质调查(填图)km24.01:5000地貌点调查点12GPS定位地质点调查点16GPS定位4探井m/眼111.4/6取土样13组5室内试验常规件13提供边坡土的物理力学指标，剪切件13提供边坡体抗剪指标6提交报告份1附件1本7附图张9平面图1张，剖面图8张第二章 地质环境条件一、交通位置山西某某某某煤业有限公司煤矿位于矿田由桃红坡村沿省级公路向西南35km经桃红坡镇与209国道相接可达某某县城，北东8km到阳泉曲火车站，并可到达孝义、介休及太原，向东南经双池镇-段纯镇在灵石县夏门镇南5km与108国道相接约32km，交通较便利。 (详见交通位置图)。二、气象、水文1、气象本

16、区地处山西黄土高原西部，吕梁山中部，属大陆干旱性气候，气候干燥，春、夏、秋、冬四季分明，昼夜温差大，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，气温多变。据某某县气象站20052009年观测资料统计如下：气压：最低857.1hpa，最高861.9hpa，平均858hpa，极端最低838.4hpa，最高879.4hpa。气温：年平均气温7.58，最高33.22，最低-20.74。水汽压：最低7.2hpa，最高8.0hpa，平均7.64hpa，极端最低0.56 hpa，最高23.8hpa。降水量：该区降水量主要集中在7-9月份，降水量为527.5-670.6mm，平均592.98mm。其中7-9月间降水量占年降水

17、量的73%。达433.18 mm,降水量最少是2月份，约为15mm，仅占年降水量的3%左右。最大日降水量86.5mm，最大小时降水量67.6mm。年蒸发量为1482-1941mm，平均为1682.1mm。5-6月份蒸发量最大，约占全年的30%；最小是1月份，仅为全年蒸发量的0.5%。全年蒸发量是降水量的4倍左右，所以该区气候干旱。无霜期深度：最大冻土深度1.1m。积雪厚度：最大积雪厚度430mm。相对湿度：一般相对湿度为53-60%。风向、风速：一般冬季风向多为西北风及西风，而夏季多为东南风和南风，平均风速3.1m/s，历年最大风速为27-28m/s。2、水文工作区域地表水属属黄河流域汾河水系

18、，汾河为山西省主要河流，发源于晋北宁武县管涔山，向南到河津县汇入黄河。在灵石县境内，河流穿过奥陶系灰岩，沟谷变窄，河床沉积以泥砂为主，似为老年期河流，流量因季节而异，变化悬殊，雨季由于山洪汇集流量骤增，汹涌湍急，枯水期则成细流，甚至断流，据山西省水利局水文站资料，其最大流量为2058m3/s。矿田附近有东北部的小河及西南部的大麦郊河，都属汾河水系，二河流属季节性河，旱季干涸，雨季时流量增大，大麦郊河在双池镇南部汇入段纯河，段纯河流经灵石县西部于厦门镇附近汇入汾河，小河经孝义市西泉及灵石县西北部后于灵石县厦门镇汇入汾河。三、地形地貌矿田地处吕梁山中段，为一黄土丘陵中低山区，地势西北高南东低。地形

19、最高点位于矿田西北山梁上，标高为1216.0m；最低点位于矿田南东部沟谷中，标高为914.5m，相对高差302.5m。属侵蚀强烈的丘陵中低山区。四、地层岩性本矿田位于霍西煤田中部，双池找煤区北部外围。根据区域地质资料，结合区域剖面，区域内出露地层由老至新依次为：太古界；震旦系；寒武系；奥陶系下统、中统上、下马家沟组、峰峰组；石炭系中统本溪组、上统太原组；二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、石千峰组；上第三系上新统和第四系中、上更新统、全新统(见表2-1)，现将主要地层分述如下：1. 奥陶系中统峰峰组(O2f)：主要出露于矿田西侧，岩石为深灰色厚层石灰岩、夹白云质灰岩、角砾状灰岩及泥灰

20、岩，厚度大于100m。2. 石炭系(C) 中统本溪组(C2b)：平行不整合于奥陶系峰峰组石灰岩之上。下部为铁铝岩，主要由山西式铁矿和铝土岩组成，上部为碎屑岩建造，主要为浅灰色泥岩、砂质泥岩和灰色砂岩及灰黑色石灰岩, 夹薄煤线。一般厚度6-50m。 上统太原组(C3t)：以K1砂岩连续沉积于本溪组之上, 是区域内主要含煤地层之一，属海陆交互相碎屑岩和碳酸盐岩建造，主要由灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰、灰白色不同粒度砂岩和深灰色石灰岩(K2、K3、K4)及煤层组成，三层石灰岩较稳定，是本组地层的重要标志层，含6、7、7下、8、8下、9、10、11号煤层8层煤，其中10、11号煤层为稳定可采煤层，9号煤层

21、为较稳定的局部可采煤层，其余均为不稳定不可采煤层。本组厚度50120m。 3. 二叠系(P) 下统山西组(P1s)：以K7砂岩为界与下伏太原组呈连续沉积，是区域内主要含煤地层之一。由灰黑色泥岩、砂质泥岩和灰色砂岩及3层煤层组成，厚度2565m。本组含有1、2、3号三层煤，其中2号煤层为局部可采煤层，1、3号煤层不稳定、不可采。下统下石盒子组(P1x)以K8砂岩连续沉积于下伏山西组之上。岩性主要为黄绿色砂岩、砂质泥岩及泥岩为主，夹有少量粘土岩及薄煤线，为一套陆相沉积的陆源碎屑物地层，本组厚度90-150m。上统上石盒子组(P2s)连续沉积于下石盒子组之上。岩性主要以灰绿色、灰白色砂岩、紫红色泥岩

22、为主，厚度250-300m。上统石千峰组(P2sh)连续沉积于下伏上石盒子组之上。岩性主要以灰紫色、紫红色砂岩、泥岩组成，顶部夹淡水灰岩薄层及透镜体，厚度122-162m。4上第三系上新统(N2)其上部为暗红色砂质粘土，间夹2-3层钙质及豆状铁锰质结核，结核层中含动物骨骼化石；中部为棕红色砂质粘土，常夹1-3层1.0m左右的半胶结状砾岩；下部为一层胶结或半胶结状的砾岩，砾石磨圆度好，分选性差，成分主要为石灰岩、石英砂岩，次为片麻岩，此层砾岩不稳定。厚度0-90m。与下伏基岩呈角度不整合接触。5第四系中、上更新统(Q2+3)大面积分布于沟谷和梁坡之上，其岩性以棕黄色或土黄色砂质粘土、亚砂土、亚粘

23、土为主，柱状节理发育，地表冲沟附近常呈直立悬崖并形成坎状地貌。与下伏基岩呈角度不整合接触，厚度一般为0-180m。6. 第四系全新统(Q4)主要分布于各大河床及阶地处，为近代河流冲积、洪积、坡积物，由土黄、淡红色亚粘土、砂土及浅灰色砂、砾石等组成，厚度一般为0-20m。与下伏基岩呈角度不整合接触。五、含煤地层矿田内含煤地层主要为石炭系上统太原组，二叠系下统山西组地层在矿田内赋存不全，仅残留其下部地层。现将石炭系上统太原组含煤地层叙述如下： 本区主要含煤地层之一，属海陆交互相沉积，厚61.44106.55m，平均84.71m，主要由灰黑黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、浅灰色岩屑石英砂岩，深灰色生物碎

24、屑泥晶灰岩和煤组成。共含煤7层，自上而下依次为6、7、7下、8、8下、9、10+11号煤层，其中10+11号煤为全矿田稳定可采煤层，9号煤为零星可采煤层，其余为不可采煤层。其中K3、K2两层灰岩层位稳定，K3、K2分别为8、9煤之直接顶板，K4为7号煤之间接顶板，富含动物化石海百合，珊瑚、腕足类及大量筳科等，是良好的标志层。太原组地层属海陆交互相沉积，旋回结构明显且稳定，由下至上划分为五个旋回。各旋回以充填层序为主，厚度不大，该组据岩性、化石组合及区域对比，自下而上可分三段： 1、下段（K1底K2底）C3t1：厚24.32-38.30m,平均33.90m，厚度变化不大，主要由灰-灰白色中-细粒

25、砂岩、泥岩、铝土泥岩及9、10+11号二层煤组成，该段中下部含全区可采10+11号煤层，顶部含局部可采的9号煤层。（1）K1砂体与下伏本溪组的分界砂岩，为灰-灰白色，中-细粒砂岩，胶结较好，厚度不稳定，一般0.70-3.70m，平均2.37m，有时相变为泥岩及粉砂岩。（2）K1顶K2底厚23.62-34.60m,平均31.53m，为黑-灰色泥岩，砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及两层煤组成，两层煤分别为9、10+11号煤，下部个别钻孔中见有薄煤层，为不可采煤层，9号煤层为局部可采煤层，10+11号煤层为全区稳定可采煤层。2、中段（K2底K4顶）C3t2厚26.92-42.40m,平均32.75m,主要

26、由灰深灰色粉砂岩、黑色泥岩、砂质泥岩、薄煤层及三层石灰岩组成。K2、K3石灰岩稳定，K4灰岩大部被剥蚀，在本矿田赋存不全，北部薄南部厚，可划分为K2、K2顶K3顶、K3顶K4顶三个较大旋回，属碳酸盐岩台地相沉积。(1)K2石灰岩K2灰岩为9号煤间接顶板，灰-深灰色、含燧石结核呈条带、质较纯、坚硬，生物碎屑约30%-35%，层面含大量海百合茎化石及筳科化石等，厚2.77-9.80m，平均5.69m。（2）（K2顶K3底）厚约19.22m左右，由黑、灰色泥岩，砂质泥岩及薄煤层（8、8下号煤）组成，8、8下号煤层只在矿田东南部的三个钻孔(ZK5、ZK7、23-6)中见到，8号煤平均厚0.66m，仅在

27、23-6号孔中见到1.22m厚的煤层，其余均不可采。8下号煤平均厚0.37m，不可采。（3）K3石灰岩厚1.40-6.50m，平均4.71m，为深灰色石灰岩，含苔癣虫等动物化石，属水动力能量较低的碳酸盐台地沉积。（4）K3顶K4底一般厚21.24m左右，由黑色泥岩、粉砂岩及煤层组成，含煤两层（即7、7下号煤），7号煤层只在矿田东南部的五个钻孔(ZK8、7-5、15-6、ZK7、23-6)中见到，7号煤厚度平均0.36m 左右，不可采；7下号煤层只在矿田东南部的七个钻孔(ZK8、7-5、15-4、15-6、ZK7、ZK5、23-6)中见到，7下号煤厚度平均0.60m 左右，不可采。（5）K4石灰

28、岩上部一般含泥质较高，有时含少量燧石条带及结核，质不纯；厚度2.65-9.88m，平均3.74m。、上段（K4顶K7底）C3t3本矿田赋存不全，北部薄南部厚，一般厚10.20-25.85m，平均18.06m，由灰黑色泥岩、砂质泥岩及煤层组成，夹菱铁质结核，含一层6号煤，只有ZK8、ZK7号钻孔见到，厚度0.50-0.65m，不可采。六、构造及地震1、构造矿田内总体上为一波状起伏的褶曲构造，总体倾向为南西，总体走向北西-南东，地层倾角7-12。矿田内发育一背斜构造：位于矿田中部8、12勘查线之间，轴向北东-南西，两翼地层对称，倾角8-11。矿田内未揭露断层和陷落柱等地质构造，但在今后生产过程中必

29、须加强防范，以防构造及隐伏构造的导水及影响边坡稳定性。综上所述：本矿田构造类型为简单型。2、地震根据中华人民共和国国家标准GB 18306-2001中国地震动参数区划图附录A中国地震动峰值加速度区划图(图A1)本矿田地震动峰值加速度为0.15g，附录B中国地震动反应谱特征周期区划图(图B1)本矿田反应谱特征周期为0.40s。七、水文地质条件（一）地下水类型根据含水层岩性，地下水水力特征，将工作区地下水分为碳酸盐岩类岩溶水、碎屑岩(夹碳酸盐岩)类裂隙水和松散岩类孔隙水。1、碳酸盐岩类岩溶水根据柳湾井田钻孔揭露资料，奥灰裂隙及岩溶现象比较发育。其中峰峰组上段主要为深灰青灰色厚层状灰岩并夹有黄铁矿层

30、及厚层钙质泥岩，见裂隙与溶洞，以裂隙为主；下段主要为灰灰黑色角砾状灰岩夹石膏层互层，裂隙及溶洞发育，裂隙多为石膏所充填。上马家沟组主要为黄褐色角砾状白云质灰岩、豹皮状灰岩，溶洞与裂隙极为发育。矿田内奥灰水水位标高563.3572.5m之间。10+11号煤层最低底板标高为950m，远高于奥灰水水位标高。所以奥灰水不会影响露天开采。奥灰岩溶裂隙含水层水位埋藏较深，一般均大于400m。据区域资料南部富家滩2号勘探孔抽水结果单位涌水量为14.3L/sm，1号勘探孔抽水结果单位涌水量为40.0L/sm，霍县白龙区823号孔抽水结果单位涌水量为2.13L/sm，张家庄2号勘探孔抽水结果单位涌水量为53.64L/sm。据相邻柳湾煤矿资料（见区域地质图），在矿田北东方向约8公里的L-1号钻孔抽水试验结果，单位涌水量为18.52L/sm，K=87.64 m/d。本次工作取样，山西省三水实验测试中心化验结果水化学类型HCO3-SO4-CaMg型，矿化度0.445g/L。由此可见区域奥灰岩溶含水层水量极为丰富，本矿田位于区域奥灰水的径流区，推断其富水性也应类似上述地区，属极强含水层。奥灰裂隙岩溶含水层的补给来源以大气降水及山间沟谷潜水经由奥灰出露区的入渗补给，其