边坡问题一直以来都是露天采矿过程中一个比较突出的问题，边坡稳定与否将直接影响到露天煤矿的安全生产与经济效益。在露天煤矿所有边坡失稳事故中，软岩边坡最为突出。软岩是世界上浅层分布最为广泛的一种岩体，仅泥岩和页岩就占地球表面岩石的50%左右[1]。国内外，关于岩石边坡的稳定性研究已有一段历史，人们在岩石的物理力学性质、岩质边坡稳定性分析与变形破坏机理等方面取得了具有一定指导意义或借鉴价值的研究成果，但对于软岩边坡稳定研究的起步较晚，投入较少，相关理论不够完善，关于软岩的概念、失稳机制、工程设计等关键问题一直尚无定论，关于影响软岩边坡稳定的因素在认识上仍存在偏差，以上问题给现场设计与施工带来诸多不便，甚至造成了较大的经济损失[2]。我国近年来在内蒙古地区开发的几个大型露天煤矿，其边坡均属于软岩边坡，例如神华宝日希勒露天煤矿，伊敏河露天煤矿，扎泥河露天煤矿，大唐露天煤矿，白音华一、二、三、四号露天煤矿等，软岩边坡稳定问题已成为制约类似露天煤矿安全高效生产的主要因素，应用现代计算机数值模拟计算方法及工程力学理论等对该问题展开进一步研究已成为当前发展方向。

本文采用美国ITASCA公司研发的三维离散元软件3DEC与岩土环境模拟计算仿真软件GeoStudio研究了内排压脚措施对软岩地质条件下宝日希勒露天矿南帮边坡变形失稳的控制问题，目的是对内排压脚控制边坡变形失稳的效果作出科学评价，对内排压脚追踪距离进行合理优化，从而为现场生产提供指导。

关于Beats1的运行模式研究，不仅需要分析其优势，还应分析其不足，以便形成更客观和更全面的认识，探索具有良好前景的发展途径。 例如： 目前电台产业的主要用户群体是中老年人，而使用苹果公司产品的主要是青年群体，如何进一步吸引青年群体对音乐的电台模式的兴趣已成为亟待解决的问题； 另外，网络科技的高速发展带来了音乐产品频繁的更新换代，Beats1如何适应产品的快速变化也是不容忽视的方面。 这些都是笔者下一步研究中需要深入探索的课题。

1 工程地质概况

宝日希勒露天矿于1998年9月正式开工建设，2001年4月建成投产，核定产能35Mt/a，开采工艺为单斗挖掘机-自卸卡车间断工艺，开拓运输方式为工作帮移动坑线开拓，实行煤岩分流的采场运输方式。宝日希勒露天矿采场边坡岩体以泥岩、砂砾岩为主，粉砂岩次之。边坡岩体的特点为强度低、孔隙度大、胶结程度差、节理裂隙不明显、受构造面切割及风化影响显著、含有大量膨胀性粘土矿物的软弱岩层。室内试验岩块单轴抗压强度多在0.5～25MPa之间，符合国际岩石力学学会(ISRM)对软岩的指标化定义[3]，宝日希勒露天矿采场边坡属于典型的软岩边坡。

随着生产规模的逐渐扩大和剥采深度的不断增加，宝日希勒露天矿采场边坡稳定性问题日益突出。2001年8月东帮发生地表至坑底的整体滑坡，经济损失巨大。2008年10月西帮发生大范围坐落式滑动，地表最大下沉14m，水平滑动距离20m，滑体走向长467m，倾向宽260m，高77m，体积约3.5×106m3，直接导致运输道路中断，7.5×105t煤炭资源受压。2015年8月，该矿南帮第一标段扩帮位置区域下部1#煤层顶板再次发生错动，同时在南帮境界范围外84m位置区域发现多条地表拉裂缝，裂缝走向平行于地表台阶线，裂缝最大长度101m，最大宽度15cm，进一步监测发现变形还在继续扩展，对安全生产构成威胁。钻探与槽探结果表明，在1#煤层顶板赋存有一层厚度约3～5cm的软弱岩层，含水量较大，泥化现象明显。分析认为，导致边坡变形失稳的主要原因为：边坡的表生改造导致应力的重新分布，水的作用导致弱层抗剪强度降低，内排不能及时跟进致使南帮蠕滑变形长期得不到控制。南帮边坡变形区域工程地质剖面图如图1所示。

  

图1 宝日希勒露天矿南帮边坡变形区域工程地质剖面图

2 数值模拟分析

2.1 模拟方案

2.2.4 超声功率 随超声功率增加艾渣总黄酮提取率呈逐渐升高的趋势。当超声功率为500 W时，提取率达最大，为5.12%。增加超声功率，利用超声波的瞬间空化作用可以加速目标成分的溶出，但因超声仪器本身的限制，达最大功率时也可使仪器发热造成损伤，而且超声功率过大会导致杂质溶出过多影响总黄酮含量的测定，综合考虑超声功率选择400 W为最佳。

边坡稳定计算的常用方法为极限平衡分析法，作为边坡稳定性定量评价指标的边坡稳定系数Ks，被定义为沿假定滑裂面的抗滑力与滑动力的比值，理论上当Ks﹥1时，坡体稳定；等于Ks=1时，坡体处于极限平衡状态；Ks﹤1时，边坡即发生变形破坏。采用内排压脚控制边坡稳定的方法实质上是在滑动力不变的情况下，通过增大滑动面上的抗滑力来提高边坡稳定系数的方法。内排压脚处理后的边坡稳定系数可用式(1)表示：

2.2 模型建立

为了研究不同内排追踪距离条件下宝日希勒露天矿南帮边坡的变形破坏规律，基于现场工程地质条件与采矿条件，建立三维数值分析模型，尺寸：长×宽×高=500m×470m×151m，其中垂直于南帮边坡走向为长边。本次模拟受计算机配置限制，为了保证计算过程顺利进行，达到预期模拟效果，在模型块体划分过程中需进行多次调试，块体划分应遵循两个原则：第一，划分块体数量不能超出计算机所能承受范围；第二，在满足要求的前提下块体划分应尽量做到粗细结合，即重点关注的区域块体尺寸应尽量小，次要区域块体尺寸尽量大或者不划分块体[7，8]。经调试之后的数值分析模型如图2所示。

本次模拟计算用到的岩土体物理力学性质参数指标主要通过两种方式获得：第一，收集和整理该矿及周边已有的岩土体力学参数，采用工程地质类比法得到适用于本次研究的参数指标；第二，通过室内试验得到岩块的物理力学性质参数，再采用强度折减法得到适用于本次研究的岩体力学参数指标。一般情况下，模拟岩土体的力学参数为试验所得数据的1/2～1/20[9-11]。节理岩体刚度参数采用修正后的Bandis剪切刚度经验公式计算获得[12]。经过分析，本次模拟计算中采用的岩土体力学参数与岩层接触面力学参数分别见表1、表2。

  

图2 3DEC三维网格计算模型

2.3 物理力学性质参数

模型的边界条件采用底部边界Z方向固定，两侧边界X方向固定，前后边界Y方向固定，上部边界自由。初始地应力场平衡选用elastic model弹性准则，模型块体选用Mohr-Coulomb塑性破坏准则，节理选用Coulomb slip破坏准则。3DEC模型在模拟之前必须进行初始地应力平衡的计算，当最大不平衡力约为初始不平衡力的0.01%时，即认为模型达到初始平衡，随后开始相关计算。

2.4.2 不同内排追踪距离条件下南帮边坡的变形破坏特征

 

表1 岩土体力学性质参数

  

岩土层厚度/m密度/(kg·m-3)体积模量/GPa剪切模量/GPa内摩擦角/(°)粘聚力/kPa抗拉强度/kPa填土层260178011561404572内排土场5401750074716562110砂砾岩层230191010234517265287616砂泥岩互层280193014325351231431862软弱夹层2015003825129829483901#煤层26013202252660235216302335泥质砂岩22019503825129822608921241砂泥岩互层24019603812127212369261394

 

表2 岩土层接触面力学参数

  

岩土层法向刚度/(GPa·m-1)切向刚度/(GPa·m-1)内摩擦角/(°)粘聚力/MPa抗拉强度/MPa填土层08079008135内排土场100810009164砂砾岩层121013012231砂泥岩互层141216014242软弱夹层080770101891#煤层05038011175泥质砂岩070615015211砂泥岩互层141216014242

2.4 计算结果分析

2.4.1 内排压脚对边坡稳定的控制作用分析

3DEC是基于离散元基本理论由Cundall和Hart于1985年开始正式开发的用于解决离散介质不连续问题的三维分析软件。3DEC离散元程序朴素的看待岩体等介质离散构成特征，将其视为连续性特征(块体等)和非连续性特征(结构面等)这两个基本元素的集合体。在节理的模拟方面，主要根据位移-作用力法则，计算岩块在节理面上的剪应力及正应力，作为岩块的应力边界条件，因此可模拟岩块大位移与转动的情况[4]。拉格朗日求解模式决定了3DEC具备强大连续介质力学范畴内的普遍性分析能力，同时离散单元法的核心思想更是赋予3DEC在处理非连续介质环节上的本质优势，特别适合于离散介质在荷载(力荷载、流体、温度等)作用下静、动态响应问题的分析，如介质运动、大变形、或破坏行为和破坏过程研究[5，6]。另外，3DEC还开发提供了FISH高级程式语言，可以自由定义变量和函数，作为命令驱动模式的分析软件，为使用者提供了极大的自主空间。

基于实际工程地质条件与采矿条件，建立宝日希勒露天矿南帮边坡极限平衡分析模型，定量研究内排压脚对边坡稳定的控制作用。建立3DEC数值分析模型，模拟分析内排压脚追踪距离为20m至120m并以10m间距递增时边坡体的变形移动规律，对比分析不同追踪距离条件下矿坑超前剥离区域、矿坑深部位置区域以及内排压脚区域南帮边坡的X、Y、Z向位移云图，绘制不同追踪距离条件下边坡关键点的位移特征曲线，综合得出能够保证边坡稳定的内排压脚追踪距离。

 

式中，Ks为边坡稳定系数；∑Ri为滑动面上的抗滑力，kN；∑Ti为滑动面上的滑动力，kN；P为内排压脚提供的抗滑力，kN。

内排追踪距离为40m和120m时边坡Y向位移剖面图(剖面2)如图5所示，通过分析图5可知：第一，弱层上部岩体Y向位移特征明显，滑动面形态与现场推断基本吻合，呈现为后部为圆弧拉破坏、前部沿弱层面的组合滑动趋势；第二，内排追踪距离为40m时，Y向变形最大值约为6.3cm，内排追踪距离为120m时，Y向变形最大值达到12.4cm，约为前者的2倍，不利于边坡的稳定，甚至存在局部失稳的可能。

选取图2中的剖面2建立极限平衡分析模型，分别计算内排无压脚和内排压脚两种情况下边坡的稳定性，分析采用岩体参数见表1。计算结果表明，正常情况下，由于弱层的存在，边坡整体的稳定性系数Ks仅为0.98，坡体近乎处于极限平衡状态，边坡稳定状态较差，极有可能沿弱层面发生顺层滑动，与现场实际情况基本吻合。采用内排压脚措施后，原潜在滑动位置不再有发生滑坡的可能，边坡稳定性得到明显改善，可见，内排压脚不失为一种有效的端帮边坡稳定控制措施。不同条件下边坡的稳定状态如图3所示。

在当今世界政坛上，以获得多数选票取得的政治权力具有显性的合法地位。而通过革命获取的政治权力的合法性问题却少有人加以研究。

在完成注浆加固后，采用套管进行取芯，对结实体强度进行测量，同时开展压水试验，用于对注浆加固的实际效果进行检查。因条件有限，完成注浆加固以后采用单管单洞的方式实施抽芯检查，从检查结果可知，实际取芯率可以达到70%以上，芯样强度超过20MPa，吸水率在0.5L/min·m以内。可见，通过注浆加固，能使围岩保持完整，提高岩石强度，使地层整体密实性得以显著提高[3]。

通过对比分析内排追踪距离为40m和120m时Y方向(朝向边坡临空面)位移云图如图4所示，通过分析图4可知：第一，两种状态下边坡Y向位移特征存在明显差异，前者边坡变形破坏范围主要集中在矿坑超前剥离区域和矿坑深部位置区域弱层上部20m范围内，后者在超前剥离区域和矿坑深部位置区域弱层上部边坡体均表现出不同程度的变形破坏，变形破坏范围与剧烈程度明显大于前者；第二，弱层是促使软岩边坡发生失稳的关键因素，弱层影响条件下边坡的变形失稳主要表现为上部岩体沿弱层面的滑动；第三，内排压脚位置区域边坡变形破坏明显得到有效控制，内排压脚对端帮边坡稳定控制作用明显。

  

图3 不同条件下边坡的稳定状态示意图

  

图4 不同内排追踪距离条件下南帮边坡Y向位移云图

所以，不能简单地认为模式创新降低了某方面成本，就意味着整体成本的降低。在今天看来，成本这本账不是一个简单的加减法。

  

图5 不同内排追踪距离条件下南帮边坡Y向位移剖面图(剖面2)

2.4.3 内排压脚合理追踪距离的确定

本刊：2015年11月27日，中共中央、国务院印发《关于进一步推进农垦改革发展的意见》，充分体现了以习近平同志为核心的党中央对农垦事业发展的高度重视，是新形势下指导农垦改革发展的纲领性文件。请介绍一下广东农垦贯彻落实中央文件的情况。

综上所述，内排跟踪距离L越大，坡脚剪应力集中程度越明显，端帮边坡变形移动范围越大，变形破坏程度越剧烈，越不利于边坡稳定。为了确定内排压脚的合理追踪距离，在弱层上方岩体内布置位移监测点，对不同内排跟踪距离条件下监测点最大Y向变形量进行监测与分析，绘制出Y向水平移动距离与内排追踪距离之间的关系曲线如图6所示。分析图6表明，当内排追踪距L为40～50m时，边坡Y向变形量急剧增大，边坡稳定性突然变差，内排追踪距离继续增大，边坡Y向变形增大程度不明显。结合不同内排追踪距离条件下边坡的应力分布特征、剪应变特征及塑性破坏特征，同时基于现场生产实际，综合认为内排压脚追踪距离L采用40m为宜。

  

图6 端帮边坡Y向水平位移与内排追踪距离关系曲线

3 工程适用性分析

2015年8月，宝日希勒露天矿南帮边坡软弱夹层上部岩土体沿弱面发生大范围整体错动，潜在滑体后缘拉裂缝最大长度约101m，最大宽度约15cm，滑体沿弱面剪出位置发生底鼓，底鼓范围长度约30m，底鼓高度约20cm，滑体沿边坡走向长度约600m，高差约80m，体积约1.08×107m3，如图7所示。潜在滑坡区域人员与设备密集，且布设有运煤带式输送机等重要构筑物，滑坡一旦发生，后果将不堪设想。数值分析和理论研究成果表明，在现有条件下，内排压脚是解决该问题的最佳途径，该区域内排土场须迅速跟进，实现对南帮边坡下部区域的提前压覆，压脚高度为弱层面出露位置以上约45m，跟踪距离须始终控制在40m以内，方案实施后，边坡变形问题得到了明显控制，在经济投入很少的情况下从根本上保证了现场安全生产，经济效益与社会效益显著。通过成果转化，形成了露天煤矿含弱层软岩边坡稳定控制关键技术。

  

图7 宝日希勒露天矿南帮裂缝及底鼓平面图(m)

4 结 论

1)软岩边坡稳定问题已成为制约内蒙古地区露天煤矿安全高效生产的主要因素，导致宝日希勒露天矿南帮边坡变形失稳的主要原因为：边坡的表生改造导致应力的重新分布，水的作用导致弱层抗剪强度降低，内排不能及时跟进致使软弱岩体蠕滑变形长期得不到控制。

2)采用三维离散元软件3DEC与岩土环境模拟计算仿真软件GeoStudio研究了内排压脚方法对软岩地质条件下宝日希勒露天矿南帮边坡变形失稳的控制问题，结果表明，内排压脚对该类边坡稳定控制作用明显，通过优化，内排追踪距离确定为40m，成果的合理性与适用性得到了现场的验证。

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[2] 田树昆.宝日希勒露天煤矿软岩边坡稳定性研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2010.

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