摘要：為了提升露天礦復(fù)合邊坡穩(wěn)定性并優(yōu)化開采控制技術(shù)，在簡(jiǎn)要介紹露天礦的基本概況基礎(chǔ)上，深入分析復(fù)合邊坡穩(wěn)定性的影響因素及其潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過合理設(shè)計(jì)臺(tái)階劃分方式，優(yōu)化工作線的布置，確定適宜的推進(jìn)強(qiáng)度，以保障開采過程的安全與高效。提出針對(duì)性的開采控制策略和技術(shù)手段，以有效提升露天礦的開采控制效果。研究結(jié)果表明：通過實(shí)施上述措施，使復(fù)合邊坡的穩(wěn)定性得到了顯著提升，開采作業(yè)安全性得到了有效保障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了開采效益的最大化。

關(guān)鍵詞：露天礦；復(fù)合邊坡；強(qiáng)度折減法

0" "引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)化的飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源作為支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其開采與利用日益受到人們的關(guān)注。露天礦作為礦產(chǎn)資源開采的主要方式之一，具有開采規(guī)模大、效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)。然而，露天礦開采過程中，特別是在復(fù)合邊坡的開采中，面臨著邊坡失穩(wěn)、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，這不僅威脅著礦山生產(chǎn)的安全，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。因此對(duì)露天礦復(fù)合邊坡的穩(wěn)定性及開采控制技術(shù)進(jìn)行研究，具有重要的理論和實(shí)踐意義[1]。

復(fù)合邊坡作為露天礦開采中常見的邊坡類型，其穩(wěn)定性受多種因素影響，包括巖層的物理力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、氣候條件、開采方式等。傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性分析方法往往難以全面考慮這些因素，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況存在較大的偏差。因此需要探索更加科學(xué)、準(zhǔn)確的邊坡穩(wěn)定性分析方法，為露天礦的安全開采提供理論依據(jù)。

開采控制技術(shù)作為保障露天礦邊坡穩(wěn)定的重要手段，其研究與應(yīng)用也顯得尤為重要[2]。通過優(yōu)化開采方案、改進(jìn)開采工藝、加強(qiáng)邊坡監(jiān)測(cè)與預(yù)警等措施，可以有效地提高邊坡的穩(wěn)定性，降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率?；诖?，本文通過對(duì)露天礦復(fù)合邊坡穩(wěn)定性及開采控制技術(shù)深入研究，提出一套科學(xué)、有效的邊坡穩(wěn)定性分析方法及開采控制技術(shù)體系，為露天礦的安全、高效開采提供技術(shù)支持和保障，相關(guān)成果可為相關(guān)技術(shù)人員提供參考和借鑒。

1" "露天礦概況

某露天礦位于一片遼闊的地帶，延伸長(zhǎng)度達(dá)4.65km，展現(xiàn)出巨大的采礦規(guī)模。在該采礦場(chǎng)內(nèi)，工程師們精心規(guī)劃并設(shè)置了多個(gè)臺(tái)階，以確保采礦作業(yè)的高效與安全[3]。其中，14個(gè)剝離臺(tái)階主要用于去除覆蓋在煤層上方的巖石和土壤，為后續(xù)采煤作業(yè)提供便利。而5個(gè)專門用于采煤的臺(tái)階，則集中了采礦作業(yè)的主要力量，以將煤炭資源從地下開采出來。除了剝離和采煤臺(tái)階外，還有3個(gè)煤與巖石混合的臺(tái)階。這些臺(tái)階的煤炭含量相對(duì)較低，但經(jīng)過專業(yè)的處理和篩選，仍然能夠提取出有價(jià)值的煤炭資源。

該露天礦的主要采煤層包括IB、IA、IIB以及IV煤組。這些煤層都是經(jīng)過地質(zhì)勘探和評(píng)估后確定的優(yōu)質(zhì)煤層，具有豐富的煤炭?jī)?chǔ)量。為了最大程度地發(fā)揮這些煤層的開采價(jià)值，礦場(chǎng)采用單獨(dú)的露天開采方式，以確保每一層煤都能得到充分地開采和利用[4]。

在采礦作業(yè)中，必須確保采礦坑的高度不低于規(guī)范要求，以防止出現(xiàn)塌陷等安全事故。同時(shí)，經(jīng)過精心計(jì)算和測(cè)試，將工作區(qū)域的邊坡角度保持在10o。該角度為最佳角度，既能保證采礦作業(yè)的效率，又能確保邊坡的穩(wěn)定性。在內(nèi)排土場(chǎng)，共有7個(gè)工作臺(tái)階，其最高排土高度達(dá)到了960m。值得注意的是，在內(nèi)排土場(chǎng)的東南側(cè)960m以上的區(qū)域，專門采用剝離半連續(xù)排土機(jī)進(jìn)行高效排土作業(yè)。露天礦采場(chǎng)如圖1所示。

2" "臺(tái)階劃分方式設(shè)計(jì)

橫采部位IV煤組可劃分為 IVA、IVB和IVC等3個(gè)層位，每一層之間夾矸厚度都很小。為實(shí)現(xiàn)南幫煤的安全高效回收，縮短回采期間邊坡露出的時(shí)間，根據(jù)四號(hào)煤巖的賦存特點(diǎn)，確定每一層的采出方案，即：IVA煤采取水平分層、分段、垂直開采；下三層煤層采取了從底板向下揭煤的方法，水平采場(chǎng)緊隨其后的排土工作面，形成內(nèi)卸壓幫[5]。具體的采礦步驟如下所述。

2.1" "IVA煤開采

針對(duì)露天礦目前的狀況，橫采部位IVA煤已經(jīng)大范圍暴露，為了確保整個(gè)IV采區(qū)的總體采速，按照煤層的賦存狀態(tài)和外部設(shè)備的狀況，將IVA煤按頂板拉溝的方式開采，再?gòu)哪系奖?，分區(qū)段縱采單獨(dú)揭露采出。水平分層狀況圖2所示。

2.2" "IVB煤、IVC煤開采

IVB、IVC煤分為2個(gè)開采階段和2個(gè)剝離期，具體可根據(jù)不同的煤層厚度及層間的厚度而調(diào)整。傾斜分層狀況如圖3所示。在工作線上，煤層傾斜成小角度。

IVA煤采完以后，對(duì)IVB煤和IVB煤采取從下往下的水平上揭煤方法。IVB煤和IVC煤的煤層間隔較窄，煤層厚度較小，采用沿底板露頂?shù)姆椒?，可以大幅度降低煤與煤的摻入量[6]。煤炭開采模式轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒謱臃謱娱_采，沿工作面水平逐段推進(jìn)開采，加快了區(qū)塊煤區(qū)IVB煤和IVC煤的到達(dá)時(shí)限，為橫采內(nèi)卸壓幫創(chuàng)造了空間條件。

3" "工作線布置

露天礦采場(chǎng)北幫為東西向，遵循橫向、內(nèi)排、跟蹤壓幫的控采工藝。橫采區(qū)西幫采取自東向西的縱向布置工作線，以使回采間距最小[7]。橫采區(qū)工作線沿采場(chǎng)總體推進(jìn)方向自南向北走向。確保橫采區(qū)西幫作業(yè)線的長(zhǎng)度，保證內(nèi)排土場(chǎng)的整體跟進(jìn)，從而達(dá)到總體水平開采的目的，使內(nèi)部排出的空間得到最大釋放。

上部縱向開采，下部橫向開采，整體上由北到西進(jìn)行。北助作線的布置趨向于走向，由上而下，一步一步陡幫開采至邊界。當(dāng)所有的階梯陡幫開采都到達(dá)邊界時(shí)，底剝采工程才能完全實(shí)現(xiàn)橫采內(nèi)排。橫采縱擴(kuò)L型工作線如圖4所示。

4" "確定推進(jìn)強(qiáng)度

從上述分析可知，現(xiàn)有IV級(jí)原煤的生產(chǎn)能力完全可以滿足全露天礦的生產(chǎn)需求。確定水平推進(jìn)強(qiáng)度，必須基于煤質(zhì)平衡[8]。根據(jù)熱值的要求，露天礦的煤硫值、砷值均符合規(guī)定，達(dá)到了煤質(zhì)均衡。其中，當(dāng)?shù)孛毫繛?50萬t/年，熱煤、中熱煤和高溫煤還未確定。煤的資源量和熱值如表1所示。

將露天礦開采各煤層煤量定義為Qcj，將熱值定義為Rcj，其中j=1，2，……，10，分別代表表1中各個(gè)煤層。煤質(zhì)均衡處理后，將電廠煤、電煤、中熱煤、高熱煤的煤量、熱值分別定義為Qqj和Rqj，將規(guī)劃期內(nèi)的總煤量定義為Qz。根據(jù)配煤前后煤量以及發(fā)熱量平衡和配煤要求，得到如下各式關(guān)系：

Qz=∑Qpi=∑Qpj" " " " " " " （1）

∑（QpiRpi）=∑（QpjRpj）" " " " " "（2）

（3）

（4）

式中：M代表露天礦生產(chǎn)能力。

根據(jù)上述公式，將高熱煤煤量Qp4最大作為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行求解。在煤炭質(zhì)量平衡后，得到露天煤礦年產(chǎn)量為461.61萬t，高溫煤為688.39萬t。按單煤產(chǎn)量計(jì)算，年平均IV煤524萬t。根據(jù)目前露天礦采場(chǎng)其他地區(qū)的回采情況，假設(shè)其他礦區(qū)年采IV煤40萬t，橫向采區(qū) IV煤年產(chǎn)量約480萬t，年推進(jìn)深度為350m。

5" "穩(wěn)定性控制效果及相關(guān)建議

5.1" "穩(wěn)定性控制效果

采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。強(qiáng)度折減法通過降低邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，模擬邊坡在逐漸失穩(wěn)過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化，從而定量評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性狀況。在研究過程中，設(shè)定不同的追蹤距離條件，并分別對(duì)這些條件下的邊坡進(jìn)行強(qiáng)度折減分析。通過對(duì)比分析不同追蹤距離下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)、潛在滑動(dòng)面位置及形態(tài)等關(guān)鍵指標(biāo)，全面揭示追蹤距離對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

隨巷道長(zhǎng)度的增加，其失穩(wěn)特性呈現(xiàn)出一種顯著的變化，即淺部巖石失穩(wěn)、深部失穩(wěn)。追蹤距離對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響如圖5所示。從圖5可以看出隨跟蹤距離的增加，邊坡的三維穩(wěn)定度呈直線下降趨勢(shì)。尤其是在125～150m范圍內(nèi)，三維空間效應(yīng)對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響更為明顯，說明跟蹤間距對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響。另外，不管跟蹤距離的改變，斜坡的破壞形態(tài)都是以IVC煤為底界的剪切-順層滑移。

追蹤距離的變化會(huì)顯著影響邊坡的穩(wěn)定性。具體而言，當(dāng)追蹤距離較小時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)較高，潛在滑動(dòng)面較淺，邊坡整體較為穩(wěn)定。而隨著追蹤距離的增加，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，潛在滑動(dòng)面位置加深，邊坡的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。

5.2" "相關(guān)建議

基于此，在剝采工程延伸至坑底后，應(yīng)盡快實(shí)施內(nèi)排措施嗎，以優(yōu)化坡體內(nèi)的應(yīng)力分布，緩解邊坡內(nèi)部應(yīng)力的集中程度。為了保證邊坡的穩(wěn)定，必須確保邊坡高度與下降深度相等，且跟蹤距離要嚴(yán)格控制在100m以內(nèi)。尤其是考慮到南幫邊坡的穩(wěn)定，橫向回采期間的跟蹤間距必須控制在50～75m，才能滿足邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.2的要求。這些措施的實(shí)施將有效增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，確保安全生產(chǎn)。

6" "結(jié)束語

為了提升露天礦復(fù)合邊坡穩(wěn)定性并優(yōu)化開采控制技術(shù)，本文在簡(jiǎn)要介紹露天礦的基本概況基礎(chǔ)上，深入分析復(fù)合邊坡穩(wěn)定性的影響因素及其潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過合理設(shè)計(jì)臺(tái)階劃分方式，優(yōu)化工作線的布置，確定適宜的推進(jìn)強(qiáng)度，以保障開采過程的安全與高效。但目前露天礦復(fù)合邊坡穩(wěn)定性及開采控制技術(shù)的研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)。隨著開采深度的不斷增加，邊坡的穩(wěn)定性問題將變得更為復(fù)雜；同時(shí)，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求也對(duì)開采控制技術(shù)提出了更高的要求，因此需要繼續(xù)深化研究，不斷創(chuàng)新技術(shù)，以更好地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

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