某铁矿露天采坑尾矿胶结充填边坡稳定性分析.pdf
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1、第2 1卷第4 期2023年8 月矿业工程Mining Engineering11某铁矿露天采坑尾矿胶结充填边坡稳定性分析毛瑞坤(首钢集团有限公司矿业公司,河北迁安0 6 4 4 0 4)摘要:针对某铁矿生产实际,尾矿库经过多年的放矿运行,存在库容不足、富余尾矿的堆存等问题,经过前期大量调研,提出南露天采坑闭坑后实施生态恢复的方案,采用露天采坑胶结堆存尾矿。采用数值模拟软件对某铁矿南露天坑尾砂充填后南北坑间岩墙稳定性进行了分析,分别考虑了地下水、地震等荷载条件以及南坑不同堆排时期、护坡层厚度等因素对南北坑间岩墙稳定性的影响。结果表明:护坡层厚度对岩墙边坡稳定性基本无影响;随着尾砂胶结堆存高度的
2、增加南北坑间岩墙边坡安全系数基本保持恒定。通过南坑尾砂堆存后地下水+地震荷载作用下岩墙边坡稳定性分析,表明在该地区地震设防烈度条件下岩墙边坡安全系数符合设计规范要求。关键词:露天采坑;胶结堆存;边坡稳定性中图分类号:TD854文献标识码:A文章编号:16 7 1-8 550(2 0 2 3)0 4-0 0 11-0 5西侧边帮最高标高3 10 m,东侧边帮最高标高0引言148m,开采台阶高度分别为12 m和15m,靠某露天铁矿位于河北冀东地区,由南、北帮后两个台阶一并段,最终台阶高度分别为相邻两个露天采坑组成。受矿山尾矿库剩余库24m和3 0 m,台阶边坡角大多为6 0 6 5,安容不足影响,
3、按照传统尾矿处理方式矿山将难全平台宽度9 18 m。以满足持续正常生产。为解决矿山尾矿堆存问南采场(54 6 3 线)的开采轮廓大致呈锅题,规划南露天采坑开采结束后实施生态恢复。底状,顶部长6 0 0 m,宽50 0 m,最高标高考虑到后期南露天采坑挂帮矿需要采用地采方148m,最大边坡高约16 6 m。开采台阶高度式开采,散体尾矿不能直接排放到采坑内,采15m,台阶边坡角大多为6 0 6 5,安全平台宽用胶结堆存的方式。为了保证南露天坑充填尾度9 2 5 m,详见图1。砂后不影响北露天坑的正常安全生产,需要对矿体顶、底板板岩性主要为混合花岗岩、尾砂充填后南北露天坑间隔离梁处的边坡稳定黑云混合
4、片麻岩、石榴黑云混合片麻岩和构造性进行分析 1角砾岩等。饱和抗压强度为(2 6.4 3 9 2.4 0)MPa,饱和抗拉强度为(2.2 4 7.17)MPa,抗1某铁矿概况剪强度为(6.0 9 14.17)MPa,内摩擦角为某铁矿于19 6 9 年建成投产,至今已生产5033284242。围岩的抗压、抗拉强度值较年,目前已经形成北东向的巨大采坑,采场轮高,属半坚硬坚硬类岩石。除大规模断裂带廓为3.6 km(0.51.8)k m,面积2.9 58附近,岩石稳定性良好。矿床工程地质条件类km,周长8.7 km。矿山采场分为南北两个采型属于第二类中等型。场,南北采场在3 4 m标高以上贯通。2?南采
5、采坑尾砂生态恢复方案北采场(3 4 9 线)已形成一个北东长近3km,南东宽550 14 3 0 m的露天凹陷采坑;收稿日期:2 0 2 2-11-15作者简介:毛瑞坤(19 8 3),男(汉族),山东日照人,首钢集团有限公司矿业公司工程师。选厂尾矿经泵站输送到隔渣间和干排系统进行选砂和干排后,筛下的细粒级尾砂(0.3mm以下)输送到深锥浓密机内,通过管道由充填钻孔自流到采坑。尾砂上部覆土绿化,形成12生态景观。实施后,达到露天采坑生态恢复治理的目的,同时解决了露采结束前细粒级尾矿堆存难题,详见图2。图1南采坑现状图图2 生态恢复效果图3#南采坑尾砂填充剖面模型3.1选择分析剖面根据某铁矿露天
6、开采规划,南采坑在2 0 2 3年开采结束,最低开采标高为50 m水平;北露天坑在2 0 2 8 年到达最终开采境界,最低开采标高为-3 50 m水平。考虑到北露天坑开采至最终境界时的边坡更陡,对边坡稳定性更为不利,在此次分析过程中将以南北采坑的最终开采境南采坑隔离梁剖面线北采坑图3 开采终了平面图及剖面线矿业工程界边坡进行建模分析 2 。根据某铁矿露天坑终了平面位置,按照图3 所示划定剖面线,该剖面线贯穿南北露天坑且隔离梁北帮边坡最陡处。3.2建建立尾砂堆排剖面模型根据某铁矿北坑最终开采境界以及堆排方案,建立了如图4 所示的南采坑尾砂堆存剖面模型 3 ,模型中显示的高程数据是当前模型的竖直高
7、度(并不代表矿区实际海拔高程)。根据南坑尾砂堆排计划,待南坑开采到海拔高程为-50m水平时实施尾砂堆存,设计尾砂堆存高度9 4 m。南北露天坑间隔离梁北侧边帮为北露天坑开采至最终境界时的形态,北坑坑底至隔离梁顶部的高差约为4 0 4.5m,隔离梁北帮边坡整体边坡角约为4 1700一浅部风化层600500南坑南帮岩层尾砂充填体隔离梁40030020010000100200300400500600.7008009001000110012001300图4 尾砂堆存剖面模型4南采坑充填边坡稳定性分析4.1充填前边坡稳定性分析随着某铁矿北露天采场进一步向下延伸开采,北采坑南帮边坡将不断演化直至到达最终开
8、采境界。图5、图6 所示是考虑边坡自重+地下水(地下水位距坑底10 m)后的岩墙边坡稳定性分析结果 4 。从图中可以看出,分析采用Morgenstern Price法、Bishop法计算得到的岩墙边坡安全系数分别为2.18 3、2.2 0 7。根据非煤露天矿边坡工程设计规范GB51016-2014中露天矿边坡按高度和边坡危害等级的划分规则,此分析中隔离梁北帮边坡应按I类边坡工程安全等级考虑。根据规范要求,自重+地下水荷载条件下I类边坡工程的设计安全系数应满足1.2 51.2 0。由此可见,某铁矿北采坑开采至最终境界时隔离梁边帮岩体可处于稳定状态。第2 1卷第4 期边坡加固层底部垫层基地岩层永平
9、距离/m2023年第4 期700600500400300200100100200300400500600.7008009001000110012001300图5Morgenstern-Price法7002.207600500=400300200100%100200300400500,600.7008009001000110012001300图 6 Bishop 法4.2南坑北帮护坡厚度对南北露天坑间岩墙稳定性影响根据制定的南坑尾砂堆排方案,在南坑坑底采用高强度混合砂进行筑底,筑底工程厚度为10 m。在南坑北帮设置有护坡层,需对护坡层厚度进行确定。采用MorgensternP r i c e 法
10、分析了护坡层厚度对南北露天坑间岩墙岩体稳定性的影响 5,南采坑尾砂堆排各区域材料力学参数详见表1。图7 9 所示分别为护坡厚度分别为0、3 0、50 m情形下的岩墙岩体稳定性分析结果。由图可见,三种工况条件下北露天坑南帮岩体边坡的安全系数均约为2.18 5,说明护坡厚度对南北坑间岩墙稳定性基本无影响。700600500400f300200F100F8100200300400500600700800900 100010012001300700600500E400E300200100100200300400500600.700800900 100011001200 1300图8 护坡厚度3 0 m
11、毛瑞坤某铁矿露天采坑尾矿胶结充填边坡稳定性分析2.183水平距离/m水平距离/m永平距离/m图7 无护坡水平距离/m13700600500三4 0 0300200100表1百南采坑尾砂堆存模型各区域材料参数容重岩体分区/(kN m-3浅部风化层18南坑南帮岩层26.29隔离梁22.5基底岩层26.29底部垫层19.02边坡加固层19.02尾砂充填体18.44.3不同堆排高度时隔离梁稳定性分析图10 12 所示是某铁矿南采坑不同堆排时期南北坑间岩墙稳定性分析结果(采用MorgensternP r i c e 法)。由图可见,随着南露天坑尾砂堆存高度从2 0 m增加到7 0 m时南北坑间岩墙的安全
12、系数均为2.19 3,与无堆存时的安全系数保持一致。当南坑堆排至设计高度(8 4 m)时,南北坑间岩墙安全系数略有降低,为2.185。700-600F5002.1844003002001001002003004005006007008009001000110012001300图10堆排高度2 0 m7006002.185500400300200100100200300400500600700水平距离/m图11堆排高度7 0 m2.185012001300永平距离/m图9 护坡厚度50 m粘聚力/kPa2001 300400150045045090水平距离/m800900010001100120
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