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摘要：在对准东煤田五彩湾矿区露天煤矿工程地质勘查的基础上，对采场边坡岩体的工程地质条件进行分析，并据此进行了岩石物理力学性质统计，软弱层（面）分布特征等研究。在此基础上建立了边坡极限平衡法数值分析模型，并进行了相应的边坡稳定性计算成果评价，由此确定非工作帮的稳定性，为露天煤矿后续开采提供依据。
关键词：边坡；稳定性评价：软弱结构面
五彩湾煤田位于吉木萨尔县城北110千米处，露天矿位于区域性褶曲构造一帐篷沟背斜的西翼，其中的侏罗系地层呈西北向倾的单斜构造，地层产状：倾向270°～295°，倾角4°～31°，未见岩浆岩分布及断距大于20米的断层，构造属简单型。主要的B煤组赋存于西山窑组地层中，露天矿内可采煤层1-5层为Bm及其分叉煤层，平均可采总厚65.83米。非工作帮岩层呈顺倾赋存，且上部是露天矿的北外排土场，形成了由外排土场边坡和矿坑边坡所组成的顺倾复合边坡，该区为稳定性敏感区域。
一、边坡地质条件
1.地层构成
非工作帮位于五彩湾矿区露天煤矿首采区矿坑东侧，由于东侧北外排土场的存在和采矿作用，构成了复杂的台阶坡状体，同时形成了高达200多米的复合边坡。非工作帮边坡工程地质勘探工作共施工完成六个剖面16个勘探钻孔，总进尺1844.8m。首采区边坡赋存的岩土层主要有排弃物、第四系松散层组、白垩系下统吐谷鲁群组、中上侏罗统石树沟群组、中侏罗统西山窑组、下侏羅统三工河组。
2.岩层的物理力学性质
露天煤矿边坡岩土体成岩作用好，为硬岩边坡。由于其煤层赋存变化较大，开挖会形成较深的矿坑和高边坡，并且高边坡上还将建设一些大型的采矿运输等设备，因此其边坡稳定问题尤为重要，是露天煤矿安全生产和高产、高效的关键。
在勘探工作的基础上，进行岩土物理力学性质试验，是进行边坡设计和稳定性分析的基础依据，通过露天煤矿边坡岩土体地层勘查和岩土试验所取得的成果，经综合分析给出推荐的物理力学参数。
3.软弱结构层（面）
根据工程地质勘查发现排土场基底第四系中存在软弱结构面，另外煤层底板力学性质较差，边坡体中所赋存的这两个结构面对边坡的稳定极为不利，是构成边坡失稳的滑动面。
4水文地质
露天矿内地层主要由沉积碎屑岩类组成，岩性主要为砂岩、砾岩、粉砂岩及泥岩。其大地构造位置在准噶尔地台东缘的槽——台过渡带内，受沉积基底构造的控制，准噶尔大型中新生代聚煤盆地在其北东边缘形成一系列鼻状背斜和簸萁状向斜相间的裙边构造形态。大气降水是地下水的主要补给源。基岩露头、煤层露头出露区，裂隙较发育，尽管大气降水少，仍可沿裂隙、孔隙渗入地下形成层间水。随着采场生产剥离的进行，现边帮岩体内已基本无稳定的地下水，有利于边坡稳定。
二、边坡稳定性计算
1.安全储备系数的确定
外排土场边坡为永久性边坡，由于外排土场的排弃物料多为剥离岩石，其具有容重大、松散、粘聚力低等特点，加之基底有一层第四系，其承载力较低，当排弃达到一定高度后，基底第四系土层因超载而破坏，可造成排土场边坡的整体失稳。但考虑到矿区所在地干旱少雨，且其周边无重要工业设施，当首采区向二采区过渡时，首采区将部分实现内排，外排土场对矿坑的重要性减弱，因此考虑到以上因素，综合确定外排土场边坡安全储备系数为1.2。
2.计算方法
首采区非工作帮GK16-1剖面、GK11剖面，北外排土场GK16-1剖面，采用极限平衡法进行计算。
3.计算结果分析
非工作帮现状边坡整体稳定情况良好，能够满足安全储备系数要求，矿坑局部边坡由于采矿留下的局部陡台阶，其稳定系數不满足安全储备系数的要求，有垮落的可能，应将其采至煤层底板。
通过工程地质勘查发现，准东煤田五彩湾矿区露天煤矿外排土场基底第四系主要为砂砾层，局部地带可能有膨润土，基底强度相对较低，为排土场基底潜在弱层。排弃物料为松散体，具有较强的吸水性，水可经排弃物料人渗至排土场基底中，随着时间的推移基底弱层将经受着水的长期物理化学作用，使其软化、含水量增加，强度指标将继续下降。因此，边坡基底的优势结构面——基底演化弱层的存在是排土场边坡最主要的潜在的失稳因素，排土场建立在这样的地基基础之上，其稳定性将主要受基底弱层的赋存条件和软弱层本身的物理力学性质所控制。
三、各边帮合理边坡角推荐
1.采区非工作帮合理边坡角推荐
GK16-1剖面和GK11剖面排土场局部单台阶安全系数分别为1.058和1.073，由于排土场排弃物料的单台阶坡面角往往采用自然安息角，因此其稳定状态可能处于一种极限平衡状态，其稳定性可通过边坡系统的自组织调整得以改善，因此不对此处边坡轮廓进行调整。
GK16-1剖面和GK11剖面矿坑上部安全系数分别为1.092和1.169，原因是由于非工作帮为顺倾边坡，煤的层理方向与岩层倾向一致，并且由于开采过程中留下了局部高陡台阶（风氧化煤），加之煤层与煤层底板间由于岩层沉积的过程中形成的软弱结构面，对边坡的稳定性起控制作用。因此，对非工作帮边坡进行处理：将非工作帮煤采至煤层底板，煤层底板即为边坡轮廓。
2.边坡变形破坏防治措施研究
针对五彩湾露天煤矿非工作帮、外排土场边坡的安全进行研究，提出防治边坡变形破坏的主要工程技术措施。
（1）建立边坡监测系统。五彩湾矿区露天煤矿岩层（煤层）为倾斜赋存，通过对五彩湾露天煤矿工程地质条件的研究，研究区域第四系较薄，甚至缺失，煤层相对其上下岩层其力学强度较低，若发生边坡失稳，易形成整体滑坡和剧滑，因此，为了及时掌握边坡变形动态，应建立边坡监测系统，对非工作帮边坡及排土场边坡进行监测，并建立滑坡预测、预报机制。
（2）露天矿的生产是一个动态的过程，随着采深的不断加大，其内部工程地质条件、水文地质条件、岩层赋存状态等不断地被揭露出来，而这些条件在露天矿初设阶段是无法详细了解的，一些新的边坡问题必然会随之产生。因此建议在生产过程中，对边坡问题进行进一步研究，并对其进行相应调整，使之不断趋于完善。
关键词：边坡；稳定性评价：软弱结构面
五彩湾煤田位于吉木萨尔县城北110千米处，露天矿位于区域性褶曲构造一帐篷沟背斜的西翼，其中的侏罗系地层呈西北向倾的单斜构造，地层产状：倾向270°～295°，倾角4°～31°，未见岩浆岩分布及断距大于20米的断层，构造属简单型。主要的B煤组赋存于西山窑组地层中，露天矿内可采煤层1-5层为Bm及其分叉煤层，平均可采总厚65.83米。非工作帮岩层呈顺倾赋存，且上部是露天矿的北外排土场，形成了由外排土场边坡和矿坑边坡所组成的顺倾复合边坡，该区为稳定性敏感区域。
一、边坡地质条件
1.地层构成
非工作帮位于五彩湾矿区露天煤矿首采区矿坑东侧，由于东侧北外排土场的存在和采矿作用，构成了复杂的台阶坡状体，同时形成了高达200多米的复合边坡。非工作帮边坡工程地质勘探工作共施工完成六个剖面16个勘探钻孔，总进尺1844.8m。首采区边坡赋存的岩土层主要有排弃物、第四系松散层组、白垩系下统吐谷鲁群组、中上侏罗统石树沟群组、中侏罗统西山窑组、下侏羅统三工河组。
2.岩层的物理力学性质
露天煤矿边坡岩土体成岩作用好，为硬岩边坡。由于其煤层赋存变化较大，开挖会形成较深的矿坑和高边坡，并且高边坡上还将建设一些大型的采矿运输等设备，因此其边坡稳定问题尤为重要，是露天煤矿安全生产和高产、高效的关键。
在勘探工作的基础上，进行岩土物理力学性质试验，是进行边坡设计和稳定性分析的基础依据，通过露天煤矿边坡岩土体地层勘查和岩土试验所取得的成果，经综合分析给出推荐的物理力学参数。
3.软弱结构层（面）
根据工程地质勘查发现排土场基底第四系中存在软弱结构面，另外煤层底板力学性质较差，边坡体中所赋存的这两个结构面对边坡的稳定极为不利，是构成边坡失稳的滑动面。
4水文地质
露天矿内地层主要由沉积碎屑岩类组成，岩性主要为砂岩、砾岩、粉砂岩及泥岩。其大地构造位置在准噶尔地台东缘的槽——台过渡带内，受沉积基底构造的控制，准噶尔大型中新生代聚煤盆地在其北东边缘形成一系列鼻状背斜和簸萁状向斜相间的裙边构造形态。大气降水是地下水的主要补给源。基岩露头、煤层露头出露区，裂隙较发育，尽管大气降水少，仍可沿裂隙、孔隙渗入地下形成层间水。随着采场生产剥离的进行，现边帮岩体内已基本无稳定的地下水，有利于边坡稳定。
二、边坡稳定性计算
1.安全储备系数的确定
外排土场边坡为永久性边坡，由于外排土场的排弃物料多为剥离岩石，其具有容重大、松散、粘聚力低等特点，加之基底有一层第四系，其承载力较低，当排弃达到一定高度后，基底第四系土层因超载而破坏，可造成排土场边坡的整体失稳。但考虑到矿区所在地干旱少雨，且其周边无重要工业设施，当首采区向二采区过渡时，首采区将部分实现内排，外排土场对矿坑的重要性减弱，因此考虑到以上因素，综合确定外排土场边坡安全储备系数为1.2。
2.计算方法
首采区非工作帮GK16-1剖面、GK11剖面，北外排土场GK16-1剖面，采用极限平衡法进行计算。
3.计算结果分析
非工作帮现状边坡整体稳定情况良好，能够满足安全储备系数要求，矿坑局部边坡由于采矿留下的局部陡台阶，其稳定系數不满足安全储备系数的要求，有垮落的可能，应将其采至煤层底板。
通过工程地质勘查发现，准东煤田五彩湾矿区露天煤矿外排土场基底第四系主要为砂砾层，局部地带可能有膨润土，基底强度相对较低，为排土场基底潜在弱层。排弃物料为松散体，具有较强的吸水性，水可经排弃物料人渗至排土场基底中，随着时间的推移基底弱层将经受着水的长期物理化学作用，使其软化、含水量增加，强度指标将继续下降。因此，边坡基底的优势结构面——基底演化弱层的存在是排土场边坡最主要的潜在的失稳因素，排土场建立在这样的地基基础之上，其稳定性将主要受基底弱层的赋存条件和软弱层本身的物理力学性质所控制。
三、各边帮合理边坡角推荐
1.采区非工作帮合理边坡角推荐
GK16-1剖面和GK11剖面排土场局部单台阶安全系数分别为1.058和1.073，由于排土场排弃物料的单台阶坡面角往往采用自然安息角，因此其稳定状态可能处于一种极限平衡状态，其稳定性可通过边坡系统的自组织调整得以改善，因此不对此处边坡轮廓进行调整。
GK16-1剖面和GK11剖面矿坑上部安全系数分别为1.092和1.169，原因是由于非工作帮为顺倾边坡，煤的层理方向与岩层倾向一致，并且由于开采过程中留下了局部高陡台阶（风氧化煤），加之煤层与煤层底板间由于岩层沉积的过程中形成的软弱结构面，对边坡的稳定性起控制作用。因此，对非工作帮边坡进行处理：将非工作帮煤采至煤层底板，煤层底板即为边坡轮廓。
2.边坡变形破坏防治措施研究
针对五彩湾露天煤矿非工作帮、外排土场边坡的安全进行研究，提出防治边坡变形破坏的主要工程技术措施。
（1）建立边坡监测系统。五彩湾矿区露天煤矿岩层（煤层）为倾斜赋存，通过对五彩湾露天煤矿工程地质条件的研究，研究区域第四系较薄，甚至缺失，煤层相对其上下岩层其力学强度较低，若发生边坡失稳，易形成整体滑坡和剧滑，因此，为了及时掌握边坡变形动态，应建立边坡监测系统，对非工作帮边坡及排土场边坡进行监测，并建立滑坡预测、预报机制。
（2）露天矿的生产是一个动态的过程，随着采深的不断加大，其内部工程地质条件、水文地质条件、岩层赋存状态等不断地被揭露出来，而这些条件在露天矿初设阶段是无法详细了解的，一些新的边坡问题必然会随之产生。因此建议在生产过程中，对边坡问题进行进一步研究，并对其进行相应调整，使之不断趋于完善。