CN112836283B - 一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法，包括：步骤1，判断弱层，并评估确定安全储备系数S；步骤2：在纵采开挖过程中，实时监测当前边坡稳定性Fs₀，当Fs₀≤1时，停止纵采，采用内排压帮稳定边坡；步骤3：当内排高度增至与地表同一水平标高时，依旧不能满足稳定性要求，则进行基底破坏后再进行内排压帮；步骤4：对弱层进行破坏至破坏基底率达到100％时，依旧不能满足稳定性要求，则进行回填大块处理直到满足稳定性要求。本发明在保证内排土场自身稳定性和内排土场与采场构成的复合边坡的稳定性的同时，采用合理的基底处理方法，既能防止过度处理基底浪费资源，又能防止处理不当无法保证安全。

Description

一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法

技术领域

本发明涉及煤矿露天开采技术领域，尤其涉及一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法。

背景技术

软岩顺倾露天煤矿在作业过程中，岩性差极易发生滑坡还难于防治，所以边坡的安全问题是继续降深开挖的一大隐患。以往采用内排压帮的方式解决，再通过处理软弱基底，回填岩性更好的大块使边坡稳定。但实际施工过程中，会出现将基底全部破坏，有多少大块全部回填的现象，没有明确的量化标准处理基底。盲目实施造成过度处理基底，浪费人力物力等资源；或者是处理不到位，依旧不能满足稳定性要求。显然，确定既能满足内排土场自身稳定性，又能满足内排土场与采场构成的复合边坡的稳定性，合理的基底处理方法是保证采场边坡稳定以及压煤安全回收的关键，也成为露天开采领域急切需要解决的难题。因此，需要提出一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法，弥补处理不当或者过度处理的不足。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法，包括如下步骤：

步骤1：判断弱层，并根据边坡的服务年限和滑坡风险评估确定安全储备系数S；

所述判断弱层的方法如下：

利用探钻技术，根据钻孔信息对各岩层中含炭泥岩、煤层顶底板、煤层夹矸的位置判断出疑似弱层的位置；或者，根据曾经发生过的滑坡、裂缝、底鼓的变形位置，通过观察监测数据是否发生过明显的变动，来进一步确定弱层位置。

步骤2：在纵采开挖过程中，实时监测当前边坡稳定性Fs₀，当边坡的稳定性受到威胁时，即Fs₀≤1时，停止纵采，采用内排压帮稳定边坡；

所述内排压帮稳定边坡的方法如下：

1)设置内排高度递增值m和平盘宽度递增值n；

2)运用极限平衡法得到局部内排边坡稳定性Fs₁，并对采场和内排形成的复合边坡采用极限平衡法进行评价得到稳定性Fs₂；

3)如果Fs₁和Fs₂的值均小于S，则按照内排高度递增值m增加内排高度，同时按照平盘宽度递增值n增加平盘宽度来扩大压帮范围；

4)运用极限平衡法得到内排压帮递增后的局部内排边坡稳定性Fs_1+m和复合边坡稳定性Fs_2+n；

5)判断Fs_1+m和Fs_2+n的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束内排压帮，若仍不满足则不断增加内排高度和平盘宽度的值直至满足稳定性要求或者达到极限值。

步骤3：当内排高度增至极限状态即内排高度与地表同一水平标高时，依旧不能满足稳定性要求，则进行基底破坏后再进行内排压帮；

所述基底破坏后再进行内排压帮的方法如下：

1)设置弱层破坏长度递增值a；

2)运用极限平衡法得到破坏长度初始值下局部内排边坡稳定性Fs₃和复合边坡稳定性Fs₄；

3)如果Fs₃和Fs₄的值均小于S，则按照弱层破坏长度递增值a增加破坏长度；

4)进行内排压帮，并运用极限平衡法得到基底破坏后的局部内排边坡稳定性Fs_3+a和复合边坡稳定性Fs_4+a；

5)判断Fs_3+a和Fs_4+a的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束基底破坏，计算破坏基底率：a_min/a_max，其中a_min为满足稳定性要求时弱层破坏长度的最小值，a_max为全部内排基底被破坏时的破坏长度值；若仍不满足稳定性要求则不断增加弱层破坏长度直至满足稳定性要求或者达到极限值。

步骤4：对弱层进行破坏至极限状态即破坏基底率达到100％时，依旧不能满足稳定性要求，则进行回填大块处理直到满足稳定性要求。

所述回填大块处理的方法如下：

1)在基底弱层都被破坏的基础上，设置回填大块的长度递增值b；

2)运用极限平衡法得到回填大块长度初始值下局部内排边坡稳定性Fs₅和复合边坡稳定性Fs₆；

3)如果Fs₅和Fs₆的值均小于S，则按照回填大块的长度递增值b增加回填大块的长度；

4)运用极限平衡法得到回填大块后的局部内排边坡稳定性Fs_5+b和复合边坡稳定性Fs_6+b；

5)判断Fs_5+b和Fs_6+b的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束回填大块，计算回填大块率：b_min/b_max，其中b_min为满足稳定性要求时回填大块长度的最小值，b_max为整个能回填大块的内排基底范围；若仍不满足则不断增加回填大块的长度直至满足稳定性要求。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的方法是对软岩顺倾边坡降深开采过程中，将内排基于一定的压帮高度，采用合理的基底处理方法，既能防止过度处理基底浪费资源，又能防止处理不当无法保证安全。即最大程度的回收煤炭资源的同时，保证了边坡的稳定又能经济合理的处理基底。可对软岩顺倾露天煤矿降深遇到的基底处理有指导作用，可从安全、经济的角度确定内排基底破坏情况。

附图说明

图1为本发明实施例中采场设计纵采边坡稳定性计算结果图；

图2为本发明实施例中采场内排压帮至844水平时边坡稳定性计算结果图；

图3为本发明实施例中采场内排压帮至844水平并同时破坏基底弱层的情况下边坡稳定性计算结果图；

图4为本发明实施例中采场内排压帮至844水平、破坏基底弱层、同时回填大块30m的情况下边坡稳定性计算结果图；

图5为本发明实施例中采场内排压帮至844水平、破坏基底弱层、同时回填大块60m的情况下边坡稳定性计算结果图；

图6为本发明实施例中采场内排压帮至844水平、破坏基底弱层、同时回填大块90m的情况下边坡稳定性计算结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例，以某露天煤矿矿区首采区南帮为例，该帮为顺倾软岩边坡，首采区南帮已开挖采出2煤，在保证安全的情况下需要进一步降深开采3-1煤和3-2煤，综合考虑边坡类型、重要性、服务年限、地质条件与力学参数的可靠性、潜在滑坡危害程度，确定首采区南帮安全储备系数为1.2。该矿区地层岩性从下至上分别为：第四系粘土层、煤层、砂岩层、煤层，岩土体物理力学参数如表1所示。

表1岩土体物理力学指标

本实施例中内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法如下所述：

步骤1：判断弱层，并根据边坡的服务年限和滑坡风险评估确定安全储备系数S；

所述判断弱层的方法如下：

利用探钻技术，根据钻孔信息对各岩层中含炭泥岩、煤层顶底板、煤层夹矸的位置判断出疑似弱层的位置；或者，根据曾经发生过的滑坡、裂缝、底鼓的变形位置，通过观察监测数据是否发生过明显的变动，来进一步确定弱层位置。

本实施例中，根据补勘信息该矿的3煤底板处有软弱夹层，而且该矿西帮出现过裂缝，经过对监测数据的分析，明显变动的区域的确在3煤底板处，根据补勘信息和过往发生变形的位置，推断出3煤底板为弱层。根据南工作帮的服务年限，确定安全储备系数S＝1.2。

步骤2：在纵采开挖过程中，实时监测当前边坡稳定性Fs₀，当边坡的稳定性受到威胁时，即Fs₀≤1时，停止纵采，采用内排压帮稳定边坡；

本实施例中，纵采边坡稳定性计算结果如图1所示，首先停止开挖，需进行内排压帮稳定边坡，初始内排压帮至844标高。

所述内排压帮稳定边坡的方法如下：

1)设置内排高度递增值m和平盘宽度递增值n；

2)运用极限平衡法得到局部内排边坡稳定性Fs₁，并对采场和内排形成的复合边坡采用极限平衡法进行评价得到稳定性Fs₂；

3)如果Fs₁和Fs₂的值均小于S，则按照内排高度递增值m增加内排高度，同时按照平盘宽度递增值n增加平盘宽度来扩大压帮范围；

4)运用极限平衡法得到内排压帮递增后的局部内排边坡稳定性Fs_1+m和复合边坡稳定性Fs_2+n；

5)判断Fs_1+m和Fs_2+n的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束内排压帮，若仍不满足则不断增加内排高度和平盘宽度的值直至满足稳定性要求或者达到极限值。

本实施例中，首先运用极限平衡法计算初始内排压帮高度下局部内排边坡稳定性Fs₁＝0.845，并对采场和内排形成的复合边坡进行评价得到Fs₂＝0.56，如图2所示。此时Fs₁∩Fs₂<1.2，则需增加内排高度扩大压帮范围并重新评价，得到局部内排边坡稳定性Fs_1+m＝0.69，并对采场和内排形成的复合边坡进行评价得到Fs_2+n＝0.59，高度增至极限状态为与地表同一水平标高908时，边坡依旧处于不稳定状态，则需进行基底破坏。

步骤3：当内排高度增至极限状态即内排高度与地表同一水平标高时，依旧不能满足稳定性要求，则进行基底破坏后再进行内排压帮；

所述基底破坏后再进行内排压帮的方法如下：

1)设置弱层破坏长度递增值a；

2)运用极限平衡法得到破坏长度初始值下局部内排边坡稳定性Fs₃和复合边坡稳定性Fs₄；

3)如果Fs₃和Fs₄的值均小于S，则按照弱层破坏长度递增值a增加破坏长度；

4)进行内排压帮稳定边坡，并运用极限平衡法得到基底破坏后的局部内排边坡稳定性Fs_3+a和复合边坡稳定性Fs_4+a；

5)判断Fs_3+a和Fs_4+a的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束基底破坏，计算破坏基底率：a_min/a_max，其中a_min为满足稳定性要求时弱层破坏长度的最小值，a_max为全部内排基底被破坏时的破坏长度值；若仍不满足稳定性要求则不断增加弱层破坏长度直至满足稳定性要求或者达到极限值。

本实施例中，对弱层进行全部破坏，此时a_max＝253m，再进行内排压帮至844水平，此时得到局部内排边坡稳定性Fs₃＝1.34，可以看出内排已经非常稳定了；而对采场和内排形成的复合边坡进行评价得到Fs₄＝0.88，如图3所示，可以看出复合边坡依旧不能满足稳定性要求，则需进行回填大块处理。

步骤4：对弱层进行破坏至极限状态即破坏基底率达到100％时，依旧不能满足稳定性要求，则进行回填大块处理直到满足稳定性要求。

所述回填大块处理的方法如下：

1)在基底弱层都被破坏的基础上，设置回填大块的长度递增值b；

2)运用极限平衡法得到回填大块长度初始值下局部内排边坡稳定性Fs₅和复合边坡稳定性Fs₆；

3)如果Fs₅和Fs₆的值均小于S，则按照回填大块的长度递增值b增加回填大块的长度；

4)运用极限平衡法得到回填大块后的局部内排边坡稳定性Fs_5+b和复合边坡稳定性Fs_6+b；

5)判断Fs_5+b和Fs_6+b的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束回填大块，计算回填大块率：b_min/b_max，其中b_min为满足稳定性要求时回填大块长度的最小值，b_max为整个能回填大块的内排基底范围；若仍不满足则不断增加回填大块的长度直至满足稳定性要求。

本实施例中，在基底弱层都被破坏、内排压帮至844水平保证局部内排边坡稳定性的基础上，回填大块长度初始值30米时，复合边坡稳定性系数Fs₆＝0.98，如图4所示；增大回填大块范围当增加值b＝60米时，复合边坡稳定性系数Fs_6+b＝1.19，如图5所示；增大回填大块范围，当范围增加到b＝90米时，复合边坡稳定性系数Fs_6+b＝1.23，如图6所示，可以满足安全储备系数1.2的要求，此时回填大块率为35.57％。在基底弱层都被破坏的基础上，不同回填大块范围下复合边坡的稳定性如表2所示。

表2不同回填大块范围下复合边坡的稳定性

Claims (2)

1.一种内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：判断弱层，并根据边坡的服务年限和滑坡风险评估确定安全储备系数S；

步骤2：在纵采开挖过程中，实时监测当前边坡稳定性Fs₀，当边坡的稳定性受到威胁时，即Fs₀≤1时，停止纵采，采用内排压帮稳定边坡；

步骤3：当内排高度增至极限状态即内排高度与地表同一水平标高时，依旧不能满足稳定性要求，则进行基底破坏后再进行内排压帮；

步骤4：对弱层进行破坏至极限状态即破坏基底率达到100％时，依旧不能满足稳定性要求，则进行回填大块处理直到满足稳定性要求；

所述内排压帮稳定边坡的方法如下：

1)设置内排高度递增值m和平盘宽度递增值n；

2)运用极限平衡法得到局部内排边坡稳定性Fs₁，并对采场和内排形成的复合边坡采用极限平衡法进行评价得到稳定性Fs₂；

3)如果Fs₁和Fs₂的值均小于S，则按照内排高度递增值m增加内排高度，同时按照平盘宽度递增值n增加平盘宽度来扩大压帮范围；

4)运用极限平衡法得到内排压帮递增后的局部内排边坡稳定性Fs_1+m和复合边坡稳定性Fs_2+n；

5)判断Fs_1+m和Fs_2+n的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束内排压帮，若仍不满足则不断增加内排高度和平盘宽度的值直至满足稳定性要求或者达到极限值；

所述基底破坏后再进行内排压帮的方法如下：

1)设置弱层破坏长度递增值a；

2)运用极限平衡法得到破坏长度初始值下局部内排边坡稳定性Fs₃和复合边坡稳定性Fs₄；

3)如果Fs₃和Fs₄的值均小于S，则按照弱层破坏长度递增值a增加破坏长度；

4)进行内排压帮，并运用极限平衡法得到基底破坏后的局部内排边坡稳定性Fs_3+a和复合边坡稳定性Fs_4+a；

5)判断Fs_3+a和Fs_4+a的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束基底破坏，计算破坏基底率：a_min/a_max，其中a_min为满足稳定性要求时弱层破坏长度的最小值，a_max为全部内排基底被破坏时的破坏长度值；若仍不满足稳定性要求则不断增加弱层破坏长度直至满足稳定性要求或者达到极限值；

所述回填大块处理的方法如下：

1)在基底弱层都被破坏的基础上，设置回填大块的长度递增值b；

2)运用极限平衡法得到回填大块长度初始值下局部内排边坡稳定性Fs₅和复合边坡稳定性Fs₆；

3)如果Fs₅和Fs₆的值均小于S，则按照回填大块的长度递增值b增加回填大块的长度；

4)运用极限平衡法得到回填大块后的局部内排边坡稳定性Fs_5+b和复合边坡稳定性Fs_6+b；

5)判断Fs_5+b和Fs_6+b的值是否均大于等于S，若是则满足稳定性要求，结束回填大块，计算回填大块率：b_min/b_max，其中b_min为满足稳定性要求时回填大块长度的最小值，b_max为整个能回填大块的内排基底范围；若仍不满足则不断增加回填大块的长度直至满足稳定性要求。

2.根据权利要求1所述的内排土场软基底破坏与回填大块范围的确定方法，其特征在于，所述判断弱层的方法如下：

利用探钻技术，根据钻孔信息对各岩层中含炭泥岩、煤层顶底板、煤层夹矸的位置判断出疑似弱层的位置；或者，根据曾经发生过的滑坡、裂缝、底鼓的变形位置，通过观察监测数据是否发生过明显的变动，来进一步确定弱层位置。