煤矸石堆积体稳定性及灾害防治对策研究.pdf

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1、第46卷第1期地质与勘探Vo1．46No．12010年1月GE0LOGYANDEXPL0RAⅡ0NJanuary，2010煤矸石堆积体稳定性及灾害防治对策研究巨能攀，何兴江(1．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059；2．四川铁路集团有限责任公司成都610015)[摘要】在对矸石堆积体地质条件、结构特征和已有变形特征分析的基础上，分析了堆积体产生变形的机理和潜在破坏模式，并利用数值模拟技术对矸石堆积体的变形特征和破坏规律进行模拟，确定潜在滑动面位置和形态，分析各种工况下矸石堆积体的稳定性，确定相应的防治措施，并提出了防治矸石灾害的对策。实例

2、研究表明，在强降雨的条件下矸石堆积体沿基覆界面滑动的可能性较大，同时在堆积体的后缘存在局部失稳的可能，采用削方压脚、排水及挡墙等综合治理方法可取得良好的防治效果。[关键词]煤矸石变形机理边坡稳定性灾害防治[中图分类号]P694[文献标识码]A[文章编号]0459—5331(2010)01—0142—05JuNeng-pan，HeXing-jiang．Studyoncoalganguestabilityanddisasterpreventionmeasures[J】．GeologyandExploration，2010，46(1)：0142-0146．1概述2煤矸石堆积体

3、地质条件和特征煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固该矿区矸石山位于该矿+790平硐与+660平硐体废弃物(董倩等，2007)。按照我国目前的煤矿生之间。矸石堆积体的下覆基岩为三叠系中统雷口坡产条件，目前全国累计堆放的煤矸石约45亿吨，规组灰、深灰色白云岩、泥质白云岩夹灰岩、泥质灰岩模较大的排土场有1600多座，占用土地约1．5万公及膏盐层，底为凝灰质水云母粘土岩；斜坡表部为薄顷，而且堆积量每年还以1．5～2．0亿吨的速度增加层残坡积亚粘土。该矸石堆积场为矿区的主要堆渣(董倩等，2007)。如果放任煤矸石的堆放，不仅压区，已有的矸石达到百万方，堆积体纵向延伸长度约占大

4、量土地，而且在一定条件下还会发生塌方、泥石225m，最大坡高约120m，倾向S14。W，堆积体后部流(马超等，2000；SarmaKS，1979；张凤辰，2004；周较厚，宽度约205m，前部较薄或缺失，宽度约16m，闯等，2008；陈胜华等，2007；常允新等，2001)。如安面积约25000m，坡面形态起伏较大，下缓上陡，最徽省淮南市新集煤矿、重庆市南桐矿业公司东林煤大坡度达73。。堆积体由煤矸石碎渣与煤粉混杂堆矿、平煤集团四矿等矸石山崩塌滑坡，均造成严重的积而成，结构松散，自然休止角为35。，堆积体内不人员伤亡和财产损失。如何有效地评价矸石山稳定含植物赖以生存的土

5、壤成分，致坡面裸露而无植被。性并提出科学的治理或者环境恢复措施成为矿山亟其典型结构特征如图1所示。待解决的重要工程技术问题。3堆积体变形破坏模式分析本文以四川某煤矸石山为例，通过矸石堆积体结构特征研究、变形破坏模式分析、稳定性评价以及2000年7月该矸石堆积体发生矸石滑坡，滑动治理设计研究，为矸石堆积体变形破坏特征研究和后的松散矸石形成泥石流，体积达1l万立方米，造治理设计提供参考。成总经济损失达551万元，死亡1人。灾害发生后，矿业管理部门对排土场进行了局部治理，取得了一[收稿日期]2009—09-01_[修订日期]2009一l1-01．[责任编辑]陈喜峰。[第一作者

6、简介]巨能攀(1973年一)，男，博士，副教授，主要从事地质工程和岩土工程的教学和科研工作。142第1期巨能攀等：煤矸石堆积体稳定性及灾害防治对策研究学聋＼漳堆积线、～、、磐、自亏岩_，矸石一___■_一～一定的治理效果。但修建的挡墙由于高度过低没有起据边坡二维模型计算结果，图2、3所示：排土场与基到拦挡泥石流的作用，目前挡墙已部分被冲毁，基本岩交界部位出现最小主应力集中，堆积界面及坡顶丧失了拦截能力。同时排水设施非常简陋，排水沟部位出现一定范围的拉应力分布(图2)。最大剪应长度过短而未达到预期排水效果，且目前有一条排力主要集中在后部坡度较陡且厚度较大部位基覆界水沟已被

7、泥沙掩埋。面处，产生明显的剪切变形，沿最小主应力拉应力集矸石山主要由煤矸石和粉煤组成，结构松散；坡中带延伸至坡顶(图3)。表明坡体可能沿着矸石堆面裸露，利于地表水入渗；高度大，地形起伏较大，呈积体的基覆界面产生滑动。上陡下缓形态，不利于边坡稳定。由于该矿区排土图4、5为边坡三维模型计算结果，反映了矸石场分布面积广、高度大、坡度陡，在暴雨条件下可能堆积体内部的剪应变增量与变形分布特征(黄达产生滑坡甚至形成泥石流。等，2008；何兴江，2005)。从图中可见，边坡剪应力为验证矸石山堆积体的变形破坏模式，采用基增量主要集中在基岩和堆积体的接触部