边坡安全控制和工程造价的研究

【摘要】 滑坡灾害一直是伴随着露天矿山生产安全中的一个最突出问题。我国大型露天矿都曾发生过规模不等的滑坡灾害。全国露天矿山不稳定或具潜在滑坡危险的边坡约占边坡总长度的20%；而滑坡严重威胁国家财产和人们生命的安全,露天矿边坡的构成是一个动态的过程,随着开采延深和边坡到界,坡高、坡角逐年增大并形成高陡边坡,其安全性严重制约安全生产。本文以小龙潭布沼坝露天矿开采过程中的高陡边坡为工程实例,针对边坡稳定性分析及安全控制,运用极限平衡方法和数值模拟方法来研究现状边坡及到界边坡的稳定状态；然后结合生产需要,在保证安全生产的前提下对边坡进行加固措施进行了系统的研究,提出优化的治理方案。主要研究内容包括以下几个方面：1、基于滑移场理论方法和多种极限平衡分析方法,对布沼坝露天矿西北帮边坡稳定状态进行了分析,得出该区域处于临界状态；为了确保安全生产,通过系统研究安全防控措施,最终得出需要采取疏干排水与局部减载联合治理措施。2、应用滑移场理论方法和多种极限平衡分析方法,对布沼坝露天矿西北帮到界边坡稳定状态进行了分析,得出该区域处于不稳定状态；本文通过对多种防护与加固措施的系统研究与对比,最终得出优化的加固方案。3、针对工程加固的经济性、合理性等多方面问题,从原材料造价、工程实施的可行性、适用性和工程造价等多方面进行了工程造价分析,最终得出经济性最好的优化治理方案。 

1绪论

1.1选题背景及研究意义
云南省小龙潭矿务局建立于20世纪50年代，该矿务局分为小龙潭及布沼坝两个露天矿，经历了 50多年的发展变迁，已经发展成为云南省“十一五"首批建设的大型煤矿，拥有国内先进采掘设备，并且年产量突破6.30Mt。矿区拥有丰富的储量，便利的交通，同时具备很好的幵采技术条件，是我国南方第一个现代化露天矿，并且已经被列入国家大型煤炭基地发展规划。小龙潭矿区位于丘陵地带，露天矿坑处于山体的下部，而露天矿坑上部则分布着矿山的生活区及部分工业设备。边坡岩体不仅有层状构造岩体，还有半坚硬沉积岩和软塑沉积半成岩等。伴随着煤矿开采延深的过程，边坡会不断加高或加陆，并且会加剧坡体的移动和变形，很可能带动自然山体发生滑移，从而构成复合岩体高陡边坡变形体系。2003年，经过地质观察和探测，在西帮山体的背侧发现了裂缝，随后这些山体裂缝变形逐年增大，到2009年9月，西帮整个裂缝贯通长度已经达到了大约1500m。在2009年6月至2009年7月仅一个多月的时间里，西帮346剖面和348剖面上部分测点平均日变形速率分别达到40.594imn和46.676mm，绝对位移量达到15.2m，变化十分的惊人，变形速率递增非常之快。露天矿的进一步深部开采诱发这些高陡边坡产生剧烈的变形，这些剧烈滑移变形使山体边坡和露天采场边坡体上产生多处局部滑坡与破坏，出现坑内底鼓现象，导致整个西帮处于不稳定状态，这将对矿山的安全生产和矿区周边建筑物的安全稳定造成直接影响，给边坡及其周边环境的安全带来了严重的威胁。本文以云南省小龙潭露天煤矿实际工程为理论研宄背景，进行露天煤矿边坡安全控制及边坡加固方案的研究，并在部分典型剖面中进行应用，为露天矿山边坡的治理、安全生产和后续开采设计提供理论依据和技术支持，给矿山企业带来直接的经济效益和社会效益，因此具有重大的理论研宄价值和社会意义。
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1.2国内外边坡稳定性研究方法综述
长期以来，伴随着边坡工程的研宄发展，边坡稳定性评价方法的研宄是边坡工程界的重中之重，怎样得出能够反映真实边坡的实际情况的稳定性评价方法是岩土工程界所有学者和专家们不懈追求的目标。目前为止，工程中常用的对边坡的稳定性分析主要分为定量分析方法和定性分析方法。其中，定量分析方法又可分两类：确定性分析方法和不确定性分析方法。近些年来，研宄方法推陈出新，学者们提出很多新的理论和方法，并不断改善，形成一些新的富有研究价值的边坡稳定评价方法。通过应用力学理论和方法，依靠经典数理方程来求解出边坡稳定系数，最后通过计算机程序软件分析计算得出滑体内的应力应变分布状态，从而达到边坡的稳定性评估与预测的目的。目前定量分析方法主要采用极限平衡分析法、数值分析法等，在这些方法中，极限平衡法为工程界普遍采用与接受，因为它的物理力学概念清晰、操作简便，是一种传统而经典的定量分析方法。

2小龙潭矿区工程地质条件

2.1地形地貌特征
云南省小龙潭矿区位于云南省幵远市以北，地理位置坐标为东经103°11’52”，北炜23°48’45”，距市区有约40km的距离。矿区呈现为鸭梨型盆地，南北长约7km左右，东西宽约3km，面积达20km2，其中含煤面积约9.03km2，矿区地形分布见图2.1。矿区己经被幵发了近百年，现在由省属小龙潭煤矿持续进行露天幵采。将南盘江视为界线，江的南边为布沼现露天矿，北边为小龙潭露天矿。目前整个露天矿的年产量已达到240万吨。小龙潭盆地是一个向斜溶烛断陷盆地，表现为以溶蚀为主的类型以及溶烛构造类型的岩溶地貌，矿山经过了许多年来的露天幵采，现己经形成总体为一倾向南的斜坡，横向总宽度约为1200m，纵向长度约为800m,坡度在8?14°之间，高程从975m至1095m，边坡相对高差有120in。现状边坡呈台阶状，每个台阶高度在8?11m之间，每个台阶面宽在30?60ni之间，呈连续台阶状分布。台阶阶坎地段因为受到风化剥烛的作用，，已经从直立边坡变为陆立边坡，见图2.1-2。
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2.2地层分布性质
布沼现露天西帮、西北帮主要出露中三迭统个旧组(T2g)、新第三系（N)及第四系地层(Q)，发育F7、F8、F9断层，详见表2.2-1。根据矿区所提供的地质资料得：小龙潭盆地在历史上经历了燕山期以及喜马拉雅期的构造运动，因此基底在第三纪沉积时候形成该煤系地层，组成北北东向船形向斜构造，向斜轴大致与盆地古地貌轴向同一致，其向斜东南翼部分显现平缓，倾角在9°-16°之间变化，西北翼部分显现较陡，倾角在9°-23°之间变化。F7逆断层破碎带宽25-38m，破碎带中主要由灰岩、粘土岩等组成，断裂带土体松散，地质条件差。F8逆断层位于F7断层以东，距离F7约有50-150m，全长约500m，走向北东，倾向西，倾角为50°-60°之间，在断层带的附近煤层产状近似于直立，煤层破碎零乱，岩体揉褶现象明显。F9断层位于小龙潭地区大黑山的北面，呈近东西走向，倾角为83°-88°之间，该断层为右行平移剪切断层。小龙潭盆地与周围的山脊组成了一个较完整的水文地质单元。南盘江是该矿区内规模最大的河流，也是矿区内的高程最低的侵烛基准面，南盘江全长有908.22km,天然落差为1862.82in，流域总面积大小为56177km2，在矿区内的流经长达2.5km，发源于云南省沾益县境内的马雄山，迂回向南流至小龙潭矿区后向东北汇入广西西江。据小龙潭水文站近30年来的实测资料，流量最大时可达220m3/s;流量最小时为6.2in3/s;最高水位为1045.74m，最低水位为1035.97m;含沙量为0.798-1.6kg/m3。旱季、雨季比较分明，在每年的冬末夏初为旱季，5月至9月为雨季，降雨量几乎占全年雨量的70-84%,降雨量最大时可达到约1140mm/a,降雨量最小时也有约542rnm/a,日最大降雨量约为108.5rnin，最大降雨强度为59mm/h，最大年蒸发量为3018imn。
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3现状边坡稳定性分析及安全开釆控制技术..........   21
3.1边坡稳定性计算 .......... 21
3.2边坡安全控制措施..........  25
3.3现状边坡疏干排水后稳定性分析..........  28
4西北帮到界边坡稳定性评价..........  30
4.1 346剖面到界边坡稳定性评价分析..........  30
4.2 348剖面到界边坡稳定性评价分析..........  31
5到界边坡的优化设计与加固方案.......... 33
5.1边坡加固技术概述..........  33
5.2 346剖面分步开采加固方案分析..........  36
5.3 348剖面分步开采加固方案分析..........  54

6工程造价分析

6.1工程造价概述
工程造价的确定是通过“工程量X单价”计算得出的，如果按照不同的计算标准，就会有不同的计算方法，我国现在实行的主要计算方法是工料单价法和综合单价法。工料单价法顾名思义是以分部分项工程量的值乘以单价以后的合计为直接工程费，直接工程费主要根据人工、材料、机械的消耗量及其相应价格确定得出，因此又称“不完全单价”，综合单价法的分部分项工程单价为全费用单价，它的内容不仅包括直接工程费，还包括为完成此种分部分项工程所耗费的间接费、措施费、利润和风险费等，全费用单价经综合计算后生成，又称“完全单价”。综合单价报价法与目前我国所实行的预算单价法相比，它具有简单清晰、操作性强、不易留下结算尾巴等优点，在工程中较为常用，因此本工程中的造价分析选用综合单价法。
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结论

本文以小龙潭布沼坝西帮的边坡地质及水文勘测资料为基础，通过对勘察数据的研宄与分析，针对西帮346剖面、348剖面进行了现状边坡稳定性评价、减载方案的设计与稳定性评价，通过系统的分析，可以得出以下主要结论：
(1)布沼坝露天矿北帮、西帮边坡滑体己进入加速滑移阶段，一旦剧烈滑破坏发生时，布沼坝露天将被迫部分中断生产，危及煤炭正常生产和供应，属特大型地质灾害隐患。实施应急治理工程十分紧迫。应急治理工程实施不仅能保护财产和生命安全，而且能保证露天矿正常生产和供煤，治理非常必要；
(2)水对边坡的稳定性影响起着至关重要的作用，必须尽快对边坡采取排水措施。建设地表水的拦截和地下水的引排措施，尤其是在雨季的时候，边坡易受水浸润软化而出现局部滑坡，要加强安全防范措施，发现边坡有积水时应加强排水措施，及时疏干；
(3)通过对346剖面和348剖面高陡边坡进行稳定性评价和治理分析及工程造价研宄，在高陡边坡的治理方面可以得出结论：采用一次清帮减载边坡岩体剥离量大，工作量大，需要耗费较长的工期，根据实际情况，下部煤层不可能一次开采到界，因此采取三步减载措施。其中每次减载的目的就是要确保在对应煤层的开采过程中边坡的稳定性；从计算结果来看，当同时考虑了地震及地下水的情况下边坡基本处于临界状态或危险状态；考虑到目前已有的防洪和疏干排水措施，基本上可以保障边坡的稳定性。
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参考文献（略）