基于FLAC模拟的露天煤矿边坡稳定性分析评价

性分析与评价，及时掌握边坡稳定状态，以保障矿山安全有序生产，防止滑坡灾害发生。以山西地区 某实际案例入手，基于FLAC模拟结果进行露天煤矿边坡稳定性分析评价，以期待为同领域的工程

实践提供借鉴关键词:露天矿;矿边坡稳定性;分析评价;FLAC模拟;实际案例中图分类号:TD2文献标识码:A文章编号:1004-5716（2019）01 -0084-031概述矿田地处黄土高原，西临黄河.地形变化总的趋势

我国煤炭资源分布遍布全国各地，储量丰富，山西 更是我国煤炭的重要产地，近期边坡的稳定性分析办

是北高南低.东高西低,最高点位于矿田东北西梁村西

的山顶.海拔1056.70m,最低点位于矿田西北部沟底.

法包括定性的与定量的这两种，定性分析是通过对丁

程实际的地质情况进行收集和综合分析，得出影响边

坡稳定的主要因素，通过运用工程类比的方法或者图 解法对边坡的稳定性以及边坡的发展趋势进行评估；

海拔847.30m,相对高差209.40m,属中低山区。地面

多为第四系黄土及红土覆盖，黄土地貌是本区地貌形

态的主体，以黄土梁、射为主,沟谷成V形羽毛状分布,

切割严重，地面植被稀少。露天煤矿采场边坡地层的

定量分析方法有极限平衡法、数值分析法以及模糊随 机分析等办法。最初，对边坡稳定性的分析是运用土 力学和岩石力学的基本理论来分析的,但是随着科学

构成，主要为马兰组黄土、第三系砂土、砂质泥岩、砂

岩、泥岩和煤等组成的混合型边坡，外排土场是典型 的黄土基底排土场，部分为基岩基底，排土场境界内沟

壑纵横，T•程地质条件复杂。2.2地表水系及河流技术的发展，计算机仿真科技更加简便客观地反映边

坡稳定性，本文研究实际案例——山西煤炭运销集团

猫儿沟煤业有限公司露天煤矿位于河曲县东南约 47km的旧县乡沙万村.行政区划属旧县乡。根据山西

省国土资源厅2012年10月25号颁发的证号为

该矿田西边界紧临黄河,地表无常年性河流,但沟

谷发育,大气降水汇积沟中.西部直接汇入黄河，东、南

汇入矿田南边界外的县川河最终向西汇入黄河。据河

C1400002009111220045096的《采矿许可证》，批准开 曲县水文站资料.黄河最大流量8000m3/s,最小流量

采&〜13=煤层,开采方式为露天开采，生产能力为120x 104t/a，矿田面积5.6182km2,最终开采标高为950-

50m7s,河床坡降万分之七，县川河属黄河一级支流,

平时无水、干枯，雨季时为排洪通道。2.3气候条件805m。设计开工工艺为单斗一卡车工艺，为保证排土场建设工程的顺利实施，通过研究,查

明区域工程地质、水文地质等特征,对边坡进行稳定性

本区属性气候，据河曲县气象站资料,本区气

候的特点温凉干燥，四季分明,冬季少雪，春季干燥多 风,夏季雨量集中.秋季短促凉爽。据统计，年均气温

分析与评价.以保证露天矿的正常生产并为露天矿以 下设计工作提供依据。2本文实际案例的地质和水文特征&8°C,冬季最低气温在1月份，冬季平均气温为-9.4七,

极端最低气温为-26.9°C（ 1977、1980年）；夏季最高气

温在7月份.夏季平均气温为23.9°C.极端最高气温为

2.1地形、地貌、地质*收稿日期:2018-06-03修回日期:2018-06-04作者简介:许东（1984-）.男（汉族）.山两忻州人.助理T.程师.现从事煤矿开采技术管理T.作2019年第1期西部探矿工程8538.4丈；河曲县气象资料显示,1998〜2007年,年降水量 3工程地质简化模型46.66〜559.9mm.平均 334.52mm。无霜期 240d 左右，

根据采场边坡以往勘探情况，本次边坡稳定计算

冰冻期180d左右，由十月上旬到次年三月下旬,最大冻

选取其中6个钻孔，共形成3条剖面，西帮、东南帮、北

土深度1.27m。本区3、4、6月多风，风向多为WSW或 帮各1条，分别为：W,最大风速16m/s。西帮：WS-1 剖面（ZK08.ZK21）；2.4地震东南帮：SES-1 剖面（ZK10、ZK22、ZK09）；根据国家标准《建筑抗震设计规范（GB50011-

北帮：NS—1 剖面（ZK03、ZK09）o2010））内容，河曲地区设计基本地震加速度值为

各剖面工程地质简化模型见图1。0.05g,矿田内抗震设防烈度为6度。露天煤矿边坡工程问题是一个多学科的复杂的边WS-1剖面SES-1剖面\"

賛十' 、—-^她砂岩内排土场

'j ----------------—

-------- + 基fit

.基岩砂质泥岩图1西帮边坡（左）、东南帮边坡（右）工程地质简化模型缘学科，涉及到的问题既有理论性、又具有十分鲜明的

通过对WS-1剖面数值模拟计算分析，分别绘制 实践意义。对于多种因素作用下的露天煤矿边坡变形

了边坡岩土体的位移、变形速度、位移矢量、应力应变

失稳的研究极为复杂而且十分困难。在边坡变形破坏

变化情况云图.数值计算结果见图3机理研究中，通常采用物理模拟、边坡监测和数值计算

根据水平位移云图3（a）可知，边坡潜在位移是沿 分析3种研究方法.同时结合理论分析得出边坡变形失

坡脚处一层软弱泥岩产生的向临空面方向的顺层滑 稳破坏机制和规律。移，从位移矢量图3（b、c、d）可知，滑坡后缘产生塑性 通过对边坡变形破坏机理研究方法的论述及对比

破坏区，形成张拉裂缝，后缘边坡以下沉位移为主.前

分析，本次采用数值模拟中广泛应用的有限差分软件

缘以水平位移为主;边坡沿内部软弱泥岩层位形成剪

FLAC/FLAC3IJ, FLAC是连续介质快速拉格朗日差

应力集中，产生剪切破坏.并与后缘张拉破坏区贯通形

分分析法（Fast lagrangian Analysis of Continual 的英文

成滑体;边坡总体呈坐落滑移破坏，

缩写。FLAC3D是FLAC力学分析法在三维空间的

5针对本实际案例中的建议和策略拓展。FLAC3D采用了显式拉格朗日算法和混合离散 现阶段边坡稳定状况虽然相对较好.但仍应该做

方法，能够非常准确地模拟材料的塑性破坏和流动。好边坡维护及管理工作，保证安全生产。本次计算选用剖面WS-1作为典型剖面进行数值

5.1加强边坡维护模拟计算（模型如图2所示）。通过模拟计算，分析其 由于本地区有强降雨出现,强降雨所形成的汇水

潜在位移方向、应力分布、塑性区破坏等特征，确定边

会对松散排土场边坡造成侵蚀作用,因此需加强排土

坡潜在滑坡范围及滑坡模式。场边坡的维护。5.2建立疏干排水系统本地区的强降雨汇水不仅对生产系统造成危害,

同时也会对边坡构成威胁,特别是对排土场边坡的影

响较为显著。因此对内排土场范圉内建立完善的疏干

排水系统,保证强降雨时汇水范围内地表水能够较好

排放、疏散＞图2数值模拟计算模型5.3适时进行边坡验算、调整边坡参数露天矿的生产是一个动态的过程,随着采深及工

4数值模拟结果及稳定性分析作面的不断变化与加大，其内部工程地质条件、水文地86西部探矿工程2019年第1期a、水平方向位移云图c、剪应变增量云图图3数值模拟计算变化云图质条件、岩层赋存状态等不断地被揭露出来，而这些条 行详细的边坡丁-程地质勘查工作，查明对边坡起控制

件在露天矿初阶段是无法详细了解的,一些新的边坡 作用的软弱泥岩层位、深度;查清边坡断层、节理裂隙

问题必然会随之产生，进而需要对新的边坡进行不同 阶段的边坡验算，适时调整采矿计划、方案,使之不断

分布规律及其与岩层层面和边坡坡面的组合关系；查

清地下水赋存规律及泥岩在地下水影响下的弱化程 度。在此基础上，进行更加精细化的边坡稳定评价工 作。参考文献：[1] 任月龙.露天煤矿软岩复合边坡形成机理及其力学行为特

趋于完善。5.4建立巡查监测制度、完善边坡监测系统建立日常的巡查监测制度，特别是雨季或边坡出

现沉陷及裂缝等变形时更要加强巡查，一旦发现异常

情况(如边坡有明显失稳先兆)及时预警避让.或采取

防治工程措施。6结论性与开釆控制技术[D].中国矿业大学,2014.[2] 温廷新，张波.露天煤矿边坡稳定性的随机森林预测模型[J].

科技导报,2014.32(Z 1):105-109.综上所述,本文案例(1)根据边坡稳定计算成果, 露天矿矿坑各边帮总体边坡稳定状况较好・(2)局部边

[3] 彭洪阁.开采扰动对露天煤矿边坡稳定性影响机理[D].中国

矿业大学,2010.坡较陡(WS-1剖面)，不利于边坡稳定与安全生产，应

及时调整局部边坡参数。(3)本次边坡稳定计算未考虑 地下水因素的影响，计算结果较实际情况偏大，建议进

[4] 舒继森.露天煤矿边坡稳定关键影响因素及边坡治理与采

矿一体化方法研究[D].中国矿业大学,2009.(上接第79页)(Nuclear Industry 216 Group, Urumqi Xinjiang 830011, China)Abstract: The deep environment drilling item of granite in Sua jingzi area belongs to the national scientific research project. The

technology based on the traditional geological core drilling technol­ogy, so as to meet the requirements of the scientific research proj・ ect for the core baseline length. Through the experience summary

of the construction project in recent years, the technology improve­ment is carried out from the aspects of equipment and operation technology, and a set of applicable technical scheme is summa­

project requires that the drilling coring must be assembled and seamless, drawing baseline on the core 】ayer, single hole section

rized at the scene. The average baseline length of well BS22 from340 to 606.755m hole section is 67.472 meters, and the lon­

core baseline length cannot less than 50m, the baselines interrupt in any position due to the core cannot be assembled because of

gest baseline length reaches 111.505 meters, which has reached the

core wearing. Traditional geological core drilling has correspond・ ing requirements for core recovery rate, but there are not strict re­quirements for core wearing, so that the traditional drilling technol- ogy is not suitable for this project. We must improve the drilling

highest level of the project in the past years, and solved the drilling technology problem of the project.Key words: granite； core； splicing； baseline length； water medi­

um ；rock powder