东露天矿南帮E8600～E9800临时开采境界的确定

东露天矿南帮E8600～E9800临时开采境界的确定李焕忠（抚顺矿业集团东露天矿辽宁抚顺113003）摘要：根据我矿南帮E8600～E9800边坡的特点，本着保证我矿南帮边坡的长久稳定及本地区的企事业单位的安全生产和当地居民的生命财产安全，而采取必要的预防措施；通过对该区南帮地表变形原因以及边坡变形机理进行研究，确定地表水、地下水和不良地质构造的影响；根据南帮岩性特征，重新确定岩石的力学指标；地质构造等因素，对南帮边坡进行稳定分析，对边坡变形趋势进行预测；根据以上分析结果和边坡变形趋势对地表水进行拦截，对地下水进行有效疏干，并加强地表监测工作，使南帮E8600～E9800确定的临时开采境界边坡稳定的目的，从而保证我矿恢复开发的安全生产。关键词：临时开采境界岩石力学指标边坡稳定分析安全一、东露天矿矿田地质概况东露天井田位于抚顺煤田东部，向斜轴南翼，南老虎台与南龙风之上。矿田为新生代老第三系内陆沼泽相沉积地层。矿田内地层系统包括太古界鞍山群，下白垩统龙凤坎组、老第三系抚顺群和第四系。（一）、矿田地层本井田基底为元古界花岗片麻岩；白垩系地层上赋元古界基底之上，与第三系岩层直接呈不整合。其中：下部无煤层为第三系的最下部岩层，本层上部为局部变质的绿色凝灰质岩砂岩及页岩，下部有杏仁状构造的玄武岩，该层上部即为下部煤层，此岩层岩石交替变化甚大，煤层不稳定，时常呈尖灭或凸镜体出现。岩层有煤质及粘土质页岩、砂页岩、凝灰岩及玄武岩，凝灰岩-玄武岩层位于下部煤层之上，大部分为凝灰岩及玄武岩，凝灰岩中间有时夹有变质页岩、煤层及泥质页岩。凝灰岩-砂岩层位于上部含煤层之下，其下部层界为玄武岩层床，该层主要岩石为凝灰岩，细粒凝灰质砂岩、砂质页岩、泥质页岩、煤，有时也可见到可采厚煤层。上部含煤层为老虎台龙风矿开采过的残留煤柱，采空区多为砂及废页岩所充填，煤层东部被泥质及煤质页岩分割成若干分层，中、西部分层减少，整个分层延走向西厚东薄，延倾斜变化不大。本层煤上赋油母页岩，边及整个井田，下部为贫矿、上部为富矿，在上为绿色泥岩，间或有褐色页岩存在。第四系冲积层覆盖全井田的岩层之上，下部为沙与卵石，中间有粗沙、细沙及沙砾，最上为表土覆盖全区。（二）、矿田构造本井田位于抚顺煤田东部，南部向斜之南翼，井田内构造较为简单除七、八两个较大断层外，尚未发现其它类型构造，但落差在10米以内的断层频繁出现，井田境界外西部有一较大F6正断层，详见表一。东露天矿断层一览表表一断层编号位置性质倾向倾角落差（米）备注垂直水平F6E4280正W35°32445一号断层以南F7E9200正SW82~7530~6168160露头至-510F8E10100正NW81~7018~49580露头至-390（三）、水文地质情况在东露天矿南帮域内有三个主要含水层，即冲积层含水层，泥灰岩含水层及凝灰岩含水层。三个含水层特征简述如下：1、冲积层含水层本区内得冲积层厚度一般为6m，变化范围为2.5~20m，冲积层主要由粉质粘土、砂质粘土、淤泥、砂、砾砂组成。冲积层含水层含水度较大，具有良好的供水条件，其潜水的补给一方面与浑河有关，另一方面与大气降水有关。其渗透系数K＝92.80~10.27m/d，影响半径R=164.0~204.8m。钻孔测定的该含水层单位涌水量g=2~3.51l/s.m。2、泥灰岩弱含水层该层属于绿色泥岩及页岩系，位于冲积层之下，油母页岩之上。该含水层为断层和裂隙所形成，属于裂隙水，其冲水程度与它本身的裂隙程度有关，层厚250~400m。通过测定其单位涌水量g=0.0084~0.53l/s.m，渗透系数K＝0.065m/d，属于弱含水层。3、凝灰岩弱含水层凝灰岩含水层位于本层煤下部，层厚20—40m，在本区南部该含水层直接与第四系冲积层相接触，也属于节理、裂隙水。其埋藏深度不一，与岩层赋存形态有关，南高北低，即岩层为北倾构造。经测定该层含水层单位涌水量g=0.04~0.52l/s.m，渗透系数K＝1.178~0.228m/d，该层在露头处水量补给直接受上覆冲积层含水层和大气降水所控制。三、南帮E9000~E9800区间工程地质资料的分析由于东露天矿已有的工程地质资料相对较少，凝灰岩的软弱层分部规律不明显。而除第四纪冲积层力学指标外，其它岩石力学指标均借用西露天矿的岩石力学指标，因此保证工程地质资料的准确性，对该区域相续采用了相对科学的地震法工程地质勘察，即工程物探。在工程物探基础上，为进一步了解边坡岩层地质条件，对E9000~E9800区间南帮进行补充地质调查、工程地质勘探及孔内波速测试等工作，共实施了四个工程地质钻孔，对每个钻孔的不同岩性进行取芯和孔内波速进行测试，对取芯的岩石分别力学试验，在力学试验的基础上重新确定岩石力学指标。（一）、工程地质资料的分析与整理为查明煤层及煤层底板以下岩层赋存规律，特别是软、硬质凝灰岩的赋存状态，以及断层的分布特征。对E9200、E9400、E9600、E9800等剖面分别进行了地震法工程地质勘察，即工程物探。其中E9200测线长922m、E9400测线长891m、E9600测线长780m、E9800测线长923m。然后根据地震波传播速度和已知钻探资料进行层位对比。以确定不同地层的深度和各岩层在地质剖面上的分布规律。掌握岩层变化情况。（二）、岩石力学指标的重新确定在工程物探的基础上又对E9000、E9200、E9400、E9600、E9800等剖面进行了工程地质勘探，共实施了四个工程地质钻孔，共进尺267.4m。通过勘探钻孔和南帮揭露的岩层看，该区域边坡岩层主要由第四系冲积层、煤、炭质页岩、泥质页岩、硅质砂岩、软质凝灰岩、硬质凝灰岩、玄武岩等岩层组成。第四系冲积层主要由粉质粘土、砂质粘土、淤泥、砂、砾砂组成。对每个钻孔的不同岩层按不同深度进行取芯，并进行了岩石力学试验，在力学试验的基础上重新确定该区域的岩石物理力学性质及岩石力学指标。详见表二抚顺东露天矿南帮E9000~E9800岩体力学指标表二序号岩土层名称容重（g/cm3）弹性模量（MPa）泊松比凝聚力(Kpa)摩擦角()1粉质粘土1.8160.350.015152砂土1.8280.250323煤层及炭质页岩2.015000.30顺层0.08顺层3030000.3切层0.15切层334泥质页岩2.318000.3顺层0.08顺层2435000.3切层0.12切层285硅质砂岩2.3524000.3顺层0.10顺层3346000.3切层0.20切层356厚层页岩2.416500.3顺层0.07顺层2826000.3切层0.14切层327软质凝灰岩2.23000.350.08208硬质凝灰岩2.438000.30.18309玄武岩2.566700.280.2435（三）、软弱层、破碎带的调查根据钻孔软弱层及破碎带统计结果，该边坡多个钻孔在勘察深度内发育有一层软弱层。该软弱层主要为软质凝灰岩，位于页岩层面下。层面抗剪强度C：0.08Mpa，φ：20°。（四）、岩石完整程度（R.Q.D）的分析根据对南帮边坡实施的四个工程地质勘探钻孔统计，该边坡钻孔R.Q.D介于75％～91％，最小为煤层，最大为硬质凝灰岩、玄武岩。钻孔R.Q.D平均87％。岩石的完整程度达到良好。通过现场原位测试，取得了可靠的岩土体物理力学性质指标，查明了南帮E8600～E9800边坡存在的软弱层或破碎带，为边坡稳定分析提供了重要的基础工程地质资料。四、边坡安全系数和临时开采境界的确定（一）、边坡安全系数的确定南帮疏水巷道需在2010年前后竣工，我矿南帮E8600～E9800暂不能执行中国煤科总院抚顺分院确定的最终开采境界，需在南帮疏水巷道方能执行，但随着我矿东区的不断降深，预计到2010年该区段开采深度为-20水平，届时将形成采矿边坡高度为140多米，为保证该区域的边坡稳定，尤其是汛期为使南帮地面水沟不发生灾难性事故，保证我矿的恢复开发正常运行。按照这一要求，结合边坡岩性组合、高度、坡顶建（构）筑物及使用年限等综合确定本边坡为一级临时性边坡，安全系数需要达到1.30。（二）、临时开采境界的确定由于疏水巷道在没有形成之前，我矿东区暂不能执行中国煤科总院抚顺分院确定的最终开采境界，需在南帮疏水巷道形成之后方能执行，但随着东露天矿东区的不断降深，其南帮边坡能否稳定直接影响东露天矿的安全生产，为保证该区域的边坡稳定，尤其是汛期为使南帮地面水沟不发生灾难性事故，决定在南帮实施保留煤壁“压脚”的办法确定临时开采境界。由于确定的临时开采境界服务年限只服务至2010年，之后需要所留煤壁及凝灰岩全部采出。临时开采境界标高确定在地表至坑底-20水平。（三）临时开采境界边坡稳定分析本次边坡稳定性计算采用极限平衡法与有限单元法结合进行。以保证边坡稳定的准确性。1、极限平衡法稳定分析结果根据南帮工程地质条件和所收集到的地质资料掌握程度和该区域对东露天矿生产的影响等因素，分别对南帮所确定临时开采境界进行稳定分析，其稳定分析结果如下：项目毕肖普法库伦M-P法萨贝尔法边坡稳定系数1.301～1.341.32～1.351.31～1.362、临时开采境界有限元法分析结果有限元法分析结论为：E9400剖面边坡在采至-20水平时其水平位移为1.0～2.0cm；E9600剖面边坡在采至-20水平时其水平位移为1.0～1.5cm；E9800剖面边坡在采至-20水平时其水平位移为1.0～2.0cm。我矿临时开采境界边坡安全系数均大于1.3，为稳定状态。五、结论与建议1、保留煤壁“压脚”方案能够提高边坡稳定系数是可行的，待疏水巷道竣工后，在执行最终开采境界，并将所留煤壁全部采出。2、为保证边坡的整体稳定和局部不出现小的滑坡现象，采矿开采时在+30水平以下每次开采深度不超过10米，并且分段进行。同时建立边坡监测网，编制监测方案，及时监测边坡变形并及时反馈采矿设计，结合补充地质资料进行分析，以便及时确定开采方案。3、开采时采用控制爆破技术，以防止边坡造成严重扰动，降低边坡岩体的稳定性；同时加强安全巡视，防止坡面坠落岩块的危害。作者简介：李焕忠男1968年12月21日，助理工程师，1990年毕业于辽源煤校煤田地质专业，现从事地质、边坡、防排水设计工作。附件2：《循环经济》科技论文评审表No论文题目东露天矿南帮E8600～E9800临时开采境界的确定作者姓名李焕忠职务副科长技术职称助理工程师工作单位东露天矿生产技术科总分论文评审内容分值评分1、选题准确。理论联系实际，符合集团公司循环经济和科技技术进步的需要，是当前要解决的迫切问题。20分2、论点明确，观点鲜明、技术先进，有创新意识。20分3、论据充分，文字简洁、文章流畅、层次分明。10分4、对发展循环经济有指导意义；应用上有突破、有创新、有使用价值和参考价值，能对集团公司发展循环经济产生积极影响。50分基层单位意见：年月日评语：评审人：年月日集团公司评委会意见：年月日注：基层单位只负责初审把关，加盖公章，毋须打分。评语和打分由专家负责