张宏刚 张卫东

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077)

0 引言

木里煤田地处青海省西北部，祁连山南麓，属于青藏高原多年冻土区一部分，海拔4 000 m～4 200 m之间，年平均气温-5.1℃，是青海省最大的煤炭资源分区之一。高原高寒以及强风化等形成了该区域特殊的地质环境条件，给木里煤炭资源开发带来了极大的困难，尤其对露天矿边坡安全运营有很大影响。为保证露天安全、高效开采，分析研究木里地区露天矿边坡稳定性对生产而言具有重要意义。

1 工程概况

木里聚乎更四井田首采区于2011年正式开始采剥，根据露天开采设计，首采区服务年限为12.12年，以下2煤底板为开采深部境界，露天矿非工作帮边坡设计高度为280 m，综合坡角为31°。针对如此露天矿高边坡，仅通过常规分析给出设计，还无法满足安全生产的需要，因此有必要对该露天矿边坡稳定性做进一步分析研究。

1.1 工程地质条件

四井田位于聚乎更矿区南向斜的西段，东侧以F3断层为界与一井田相接，西侧以F7断层与哆嗦公马井田为界。井田总体构造形态为一倾向南西的单斜构造，浅部较陡25°～40°向深部逐渐变缓5°～20°。首采区揭露的地层由上至下为:

1)第四系(Q)。

a.第四系土、草甸覆盖层该层处于地面表层，厚度在0 m～5.22 m左右，全区分布，0 m～0.5 m被草甸覆盖且其受季节性影响较大，冬季会夹杂大量的冰泽，0.5 m～5.22 m为黑褐色腐殖粘土，稍湿、软塑，含少量粗砂颗粒，夹有大量草根;

b.第四系砂砾石层颜色为灰白～白灰色，该层厚度在1.5 m～30 m左右。

2)侏罗系(J2)。

a.含煤段。本区煤岩主要分布中侏罗统木里组(J2m)，木里组有上下两含煤段。上含煤段存在14层煤，最大深度41.08 m，大部分为不可采煤层，仅上14煤局部可采，煤层厚度0.8 m左右。下含煤段分布3层煤，最大深度156.19 m，分别是下1、下中、下2煤层，均为主可采煤层且较稳定。下1煤厚1.06 m～8.17 m、下2煤厚2.63 m～14.77 m，相对较厚，下中煤厚1.60 m～3.56 m，相对较薄;

b.砂岩段。岩层为灰白～白灰色砂岩，分布于煤层顶底板，厚度较大，且全区分布。下1煤顶底板分别是泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，下中煤顶底板分别是细砂岩和粉砂岩，下2煤顶底板分别为粉砂质泥岩和粗砂岩，巨厚层状，节理、裂隙较发育，泥质胶结，新鲜岩石完整性一般，局部较破碎。

1.2 冻土分布特征

采用兰州冻土工程国家重点实验室研发的地温监测系统，对120 m深孔实施长期动态监测。经近2年多长期观测，该地区季节性冻土层厚度约5 m～6 m，多年冻土层厚约58 m～60 m。

2 岩土体物理力学性质

2.1 常规物理力学性质

根据现场钻探取出的岩样，对其进行室内物理力学性质试验，试验结果见表1。

表1 岩石基本物理力学性质表

2.2 冻土物理力学性质

室内冻岩力学试验结果如表2所示。

表2 冻岩室内试验成果表

2.3 边坡计算所选参数

根据岩体力学计算相关理论和以往研究成果［1-4］，结合本次冻岩室内试验，边坡计算物理力学参数选用见表3。

表3 边坡稳定计算参数选用表

3 建立边坡工程地质计算模型

根据工程地质、水文地质条件以及现场地质调绘成果，分别以下1、下中、下2煤为最弱标志地层建立非工作帮边坡工程地质计算模型。建立的模型如图1，图2所示。

图1 非工作帮稳定性计算模型（FB1剖面）

图2 非工作帮稳定性计算模型（FB2剖面）

4 计算分析

在非工作帮边坡体选取2条典型计算断面(FB1，FB2剖面)，边坡角分别按 26°，28°，30°，32°，33°，34°，35°，36°，8 种工况并按采至下1煤底板、下中煤底板和下2煤底板时分析。本次边坡稳定性分析采用理正岩质边坡模块计算，计算结果如表4，表5所示。

表4 非工作帮FB1断面边坡稳定系数计算成果表

表5 非工作帮FB2断面边坡稳定系数计算成果表

非工作帮第1断面开挖至下2煤底板158.70 m时的饱和工况下，稳定系数取1.215，坡角取34°;非工作帮第2断面开挖至下2煤底板197.27 m时的饱和工况下，稳定系数取1.255，坡角取34°。

综合计算结果以及该勘查区的工程地质、环境地质等特点，对于非工作帮的综合边坡角取34°，对应稳定系数为1.215～1.255，满足GB 50197-2005煤炭工业露天矿设计规范6.0.8条的要求。

分析研究认为原露天矿边坡设计坡角31°偏保守，本文提出的34°可以满足露天安全生产，能给矿方带来一定经济效益。

5 结语

通过对木里四井田工程地质以及冻土特征初步分析，结合室内岩土力学试验，选取2条典型计算断面分别从8种工况条件对首采区露天矿非工作帮边坡稳定性做了分析，结果表明:认为露天矿原边坡设计坡角31°偏保守，本文提出的34°可以满足露天安全生产，且有利于提高煤炭资源开采量，可以带来可观的经济效益。

［1］蔡美峰.岩石力学与工程［M］.北京:科学出版社，2010.

［2］孙玉科.中国露天矿边坡稳定性分析［M］.北京:中国科学技术出版社，2012.

［3］GB 50218-1994，工程岩体分级标准［S］.

［4］兰恒星，伍法权.岩土力学数值模拟中力学参数的确定方法［J］.世界地质，2001，20(1):66-71.