山西省平朔矿区东露天矿区边坡稳定性分析

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摘要：山西省平朔矿区东露天矿田资源精查勘探区位于宁武煤田北端，隶属山西省朔州市平鲁区所辖。由于该矿区为露天开采矿区，因此，查明露天边坡各岩层的岩性、厚度、物理力学性质、水理性质，详细了解软弱夹层的层位、厚度、分布及其物理力学特征，评价影响边坡稳定性的主要地质因素，具有十分重要的意义。

关键词：矿区；边坡稳定性；分析

中图分类号：TD804文献标识码： A 文章编号：

1 岩组工程地质特征

1.1第四系（Q）

岩性主要由粉土及粉砂质粘土组成，上部为黄土，局部含钙质结核及砂砾石。干燥时较密实，湿陷性弱，潮湿时变松软，呈软塑态。沿沟谷两侧多形成陡壁，其坡度大于70°时易发生崩塌现象，潜蚀现象也较常见。局部黄土柱状节理发育，遇降水入渗，在下伏粘土隔水的作用下，常发生滑坡。本组地层平均厚度28.90m。

第四系松散地层多具湿陷性，承载力低，物理力学指标分别为：

（1）粉土：塑性指数5.1～9.9，平均7.7；液限23.0%～29.0%，平均25.9%；压缩系数0.24～0.51MPa；内摩擦角25.2°；凝聚力0.04 MPa。

（2）粉质粘土：塑性指数10.1～16.0，平均11.7；液限25.9%～31.7%，平均27.6%；内摩擦角10.8°；凝聚力0.04 MPa。

（3）粘土：塑性指数18.1；液限38.6%；内摩擦角17.7°；凝聚力0.13 MPa。

1.2第三系上新统（N2）

岩性为粘土和粉砂质粘土，内含铁锰质斑点，中下部常夹3-5层钙质结核及砂砾石。干燥时土质比较密实，浸水后土质变软，呈塑态，由于红粘土的赋存，遇降水入渗可能发生滑坡现象。一般不透水，属低压缩性土。本组地层平均厚度25.52m。

本层多具湿陷性，承载力低，其主要物理力学指标分别如下：

（1）粉土：塑性指数5.8～10.0，平均8.3；液限24.0%～29.9%，平均27.1%；压缩系数0.15～0.20MPa，平均0.18MPa。

（2）粉质粘土：塑性指数10.1～15.7，平均12.7；液限27.5%～39.1%，平均32.3%；压缩系数0.11～0.34MPa，平均0.18MPa；内摩擦角18.8°～24.7°，平均21.1°；凝聚力0.07～0.12MPa，平均0.09MPa。

（3）粘土：塑性指数17.1～19.1，平均17.7；液限34.5%～40.5%，平均36.8%；内摩擦角14.6°～22.8°，平均18.3°；凝聚力0.12～0.14MPa，平均0.13MPa。本层三轴剪切试验结果，内摩擦角12.1°～26.1°，平均16.9°；凝聚力0.02～0.16MPa，平均0.08MPa。

1.3二叠系下统下石盒子组（P1X）

由粉、细粒砂岩及中粒砂岩夹砂质泥岩、泥岩组成。砂岩风化较强烈，胶结疏松，风化裂隙发育，强度低，一般为软至中等坚硬岩石，泥岩为软弱层，质软，性脆，风化后松散，不抗冻，遇水溃裂，塑性增强。本组泥岩厚度大于0.5m的夹层为0-6层。

区内钻孔穿见本组不多，残留平均厚度41.00m。据安太堡矿资料，该组岩石属坚硬一半坚硬岩石，其中砂岩在自然状态下的单向抗压强度R=23.1～142.7MPa，饱和状态下R=10.2～34.3MPa；泥岩在自然状态下R=23.1～59.9MPa，内摩擦角φ=41°，凝聚力C=4.6MPa；在自然条件下砂砾岩R=14.22MPa，饱和状态下的砂砾岩R=9.71MPa，内摩擦角φ=20°，凝聚力C=22.27MPa。

1.4二叠系下统山西组（P1S）

主要由砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，以砂岩为主，其矿物成分为石英、长石、云母及少量岩屑，其坚硬性比下伏太原组及本溪组稍低，为软至中等坚硬岩石，节理裂隙较发育，RQD值一般为50%-90%，岩石质量为中等完整～较完整。泥岩为软弱夹层，质软、性脆、硬度低，遇水溃裂，本组泥岩厚度大于0.5m的夹层为0～5层，RQD值一般为30%-60%之间，岩石质量劣～中等，岩体完整性差～中等完整。

该层平均厚度为49.00m，其中砂岩占47.55%，泥岩和砂质泥岩占50.96%，煤占1.44%。

本组地层的中粒砂岩抗压强度13.0～18.4MPa，平均15.7MPa；抗拉强度1.31～1.89MPa，平均1.60MPa。砂质泥岩抗压强度1.31MPa；抗拉强度0.58MPa。泥岩抗压强度9.0～15.7MPa，平均13.3MPa；抗拉强度0.42～0.81MPa，平均0.58MPa。

1.5石炭系上统太原组（C3t）

岩性以砂质泥岩、泥岩及煤层为主。砂岩硬度高、强度大，为中等至相当坚硬岩石，节理裂隙不发育，RQD值一般在40%-90%之间，岩石质量劣～好，岩体完整性差～较完整。泥岩夹层在本组分布较多，其中厚度大于0.5m的泥岩夹层为1-9层，泥岩成分以粘土矿物为主，质软、性脆，遇水溃裂，局部地段裂隙发育，RQD值一般为10%-70%之间，岩石质量劣～中等，岩体完整性差～中等完整。

该地层主要由砂岩、泥岩、石灰岩和煤组成，平均厚度91.67m，其中砂岩占31.31%，砂质泥岩占31.0%，灰岩仅占1.2%，其余为煤。

2 采掘场边坡稳定性

露天煤矿滑坡产生的规律表明，易滑地层和软弱夹层的赋存是产生滑坡的内在因素，采掘活动是触发产生滑坡的外在因素，只有同时具备这些条件，才能产生滑坡。滑动面则主要受各种类型的层面所控制，如：沿新生界地层底界面滑落、沿层面滑落、沿不整合面滑落、沿断层面滑落、沿裂隙组合面滑落、沿褶曲面滑落及风化带滑落。控制边坡滑动的地质因素主要有如下方面：

1、易滑岩层的存在是首要的地质因素；

2、软弱夹层是产生滑坡的必要条件；

3、岩体结构面是控制滑坡的边界条件；

4、大气降水、地表水的侵入和地下水的运动对边坡滑落影响密切。

对照上述各项地质因素结合地层资料进行分析，可以看出东露天矿田具有如下水文地质、工程地质特征：

1、本区处于黄土半掩盖的丘陵地带，构造简单，地层倾角平缓，一般为3°-5°。

2、表土层较薄，一般为40-50m。风化裂隙仅在局部地段发育，一般厚度不大。

3、区内岩性以砂岩类为主，泥岩相对不甚发育。

4、本区水文地质条件简单，山西组K3砂岩和太原组4号煤与9号煤之间砂岩为直接充水含水层，但富水性极弱。

5、区内气候干燥，降水量稀少。

6、区内各类结构面不甚发育，软弱夹层数量有限。

3 结论

利用Bishop法对本区东露天采场边坡计算分析结果，边坡角为35°，稳定系数1.31～1.51。综合上述分析，根据DZ/T0215-2002《煤、泥炭地质勘查规范》附录H的规定，按构成露天边坡岩层的岩性、物理力学性质和结构面的发育程度划分，东露天矿田的露天边坡属于第一类～第二类一型，属较稳定边坡。