采礦工程元寶山露天煤礦80Mta開采設計

1、元寶山露天煤礦8.0Mt/a開采設計1 礦區(qū)概況與地質(zhì)特征1.1礦區(qū)概況地理位置平莊煤業(yè)（集團）有限責任公司元寶山露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市東35km，所在地為元寶山區(qū)建昌營鎮(zhèn)所轄。其地理坐標為東經(jīng)11917151191955，北緯421613422221。露天區(qū)走向長平均為4.68km；傾向?qū)捚骄鶠?.56km，面積為12km2。 交通狀況元寶山露天煤礦西南部有礦區(qū)專用鐵路與葉赤線（葉柏壽-赤峰）元寶山站接軌。東北部（3 km）有礦區(qū)鐵路與京通線（北京-通遼）安慶溝站接軌。露天礦經(jīng)元寶山至赤峰、平莊有二級公路暢通，交通極為方便。元寶山電廠距露天礦僅3km，交通位置見圖1.1：圖1.1 元

2、寶山露天煤礦交通位置示意圖 地形、地貌與水文本區(qū)為低山丘陵地貌，東西元寶山構成玄武巖臺地。煤田賦存于兩臺地之間的沖積平原內(nèi)。區(qū)內(nèi)地表高程一般為450m485m，比東西元寶山低約200m。區(qū)外最高點為西元寶山，海拔標高為673.2m。露天礦位于英金河河谷平原上，四周為地勢較高的黃土丘陵及基巖山地。英金河在露天礦中部通過，將露天礦分成東北，西南兩部分。露天西南部屬第一超河漫灘階地，階面寬5004000m，地形標高為472482m，露天的東北部；，屬于第二超河漫灘階地，階面寬5005000m，地形標高為482490m。露天礦區(qū)內(nèi)和礦區(qū)附近有兩條河流，即英金河和老哈河。英金河在露天區(qū)中部通過，把露天礦

3、區(qū)分成東北、西南兩部分，它發(fā)源于河北省圍場北部山區(qū)熱水附近；老哈河發(fā)源于河北省平泉縣七老圖山脈的光頭山。英金河和老哈河的具體特征值見表1.1。表1.1 地表水系 河流名稱特征值英金河老哈河河流總長度（km）194.6421.8流域面積（hm2）1059833076歷年最大洪峰(m3/s)26509840最小流量（m3/s）0.50多年平均徑流量（億m3）4.024.29多年平均流量（m3/s）12.813.60多年平均含沙量（kg/m3）4347.5英金河河床寬度變化較大，為200m900m，下游比降1/7001/800，自水泉溝至蘭家洼一帶，從上游夾帶下的大量泥、砂、礫石淤積在河床上部，形成

4、了厚0.05m1.00m的淤土或泥、砂、礫的混合層，降低了河水的垂直滲透能力，實測河水位與淺水相差3m8m，形成懸浮段。露天礦區(qū)內(nèi)地表水體有大型的灌渠一干渠、二干渠。 氣象礦區(qū)屬于大陸性氣候，寒冷干燥。據(jù)赤峰市氣象站資料記載：1) 氣溫年最高氣溫：+42.5；年最低氣溫：-31.4。氣溫在-20以下的天數(shù)年平均為24d，一般由12月中旬至2月下旬，在7d47d之間，氣溫在-30以下的天數(shù)為1d2d。2) 降水日最大降水量：208.1mm；年最大降水量：560.8mm。3) 蒸發(fā)量年蒸發(fā)量為1311.6mm2315.3mm，蒸發(fā)量大于降水量的幾倍，日溫差較大。4) 風該區(qū)風沙較大，多集中在春秋季

5、，并以西南和西北風向為主，最大風速33.3m/s。1.1.5 礦區(qū)開發(fā)情況元寶山露天礦西南部有元寶山一、二、三、四井，總設計能力為150萬噸/年。東北為老公營子和小風水溝井田，小風水溝斜井，設計能力為90萬噸/年。新建元寶山電廠距露天南部邊界僅2公里，裝有30萬瓦的發(fā)電機組，設有60萬伏電網(wǎng)，電力充沛。礦區(qū)內(nèi)以農(nóng)業(yè)為主，露天范圍占高產(chǎn)農(nóng)田1300畝，其中經(jīng)濟林1150畝。露天水源最初是利用抽水試驗301號孔，永久水源是利用疏干水。露天在建設時期時所用的地方建筑材料，如磚、瓦、沙、石等均能自給。1.1.6 地震情況根據(jù)2000年國家地震局頒布的全國地震烈度區(qū)劃圖，本區(qū)地震烈度為VII度。1.2

6、地質(zhì)構造和礦床產(chǎn)狀 煤系地層從下至上，礦田地層可分為：侏羅系上統(tǒng)（J3）：1）杏園組（J34）：本組地層相當于遼西地區(qū)的九佛堂組，分上、中、下三段。2）元寶山含煤組（J35）：本組灰、灰白色粗砂巖為主，夾中、細砂巖、礫巖、灰黑色泥巖和煤層。整個含煤地層是一個河漫相和湖澤相碎屑巖含煤建造。含煤地層厚250-470m，一般厚340m，含有12個復煤層（組），累計平均可采總厚84.29m。以分布于含煤地層中部、全區(qū)發(fā)育的五、六煤組為主要可采煤層，是露天開采的主要對象。含煤地層中各類巖石平均組分為：煤占30.4%，碳泥巖占1.0%，泥巖占8.7%，砂巖占59.1%，礫巖占0.8%。白堊系下統(tǒng)（K1）：

7、孫家灣組（K1S）：分布于露天北部的東、西兩側(cè)。以紫紅色和黃褐色礫巖為主，局部夾砂巖。礫石成分比較復雜，大小不均，礫徑一般3-5cm，各別達1m以上。露天區(qū)內(nèi)僅19線以北見此地層，其厚度為75m。不整合于侏羅系及以前諸地層之上。第三系上新統(tǒng)（N2）：露天所見第三系地層，依巖性可分為下部紫紅色砂礫巖段、上部玄武巖段和紅土砂礫層段。第四系（Q）：1）新統(tǒng)（Q3）：主要為園礫夾砂、卵石層和黃土、黃土狀亞砂土、亞粘土組成。土層細而致密，具直立節(jié)理。砂礫層為富水性強的含水層。2）全新統(tǒng)（Q4）：主要分布于老哈河、英金河等河谷地帶。由現(xiàn)代河流沖積物組成。一般只幾米厚。以砂礫為主，風成砂、亞砂土、亞粘土次之

8、。本區(qū)含煤系地層為朱羅系上統(tǒng)元寶山含煤組和杏園組上部含煤段，地層層序和主要巖性自上而下見表1.2。在露天開采范圍內(nèi)，剝離物除第四系表土外，主要是礫巖、砂巖和部分泥巖,玄武巖只在18勘探線以北的東北角有分布，厚度在7m34m，量不多。剝離巖石一般普氏硬度系數(shù)為23。表1.2 地層層序和主要巖性表時 代厚 度/m主 要 巖 性第 四 系1885砂礫、風武巖、亞砂土、亞粘土第三系上新統(tǒng)紅色砂礫巖層段419紅土、礫石上部玄武巖段734黑褐色玄武巖（分布在露天區(qū)東北角）下部紫紅色礫巖巖段5090紫紅色砂巖、礫巖白堊系下統(tǒng) 70黃褐色礫巖、砂泥質(zhì)膠結(jié)朱羅系上統(tǒng)元寶山組下含煤段90400灰白色礫巖、含主要煤

9、層36煤組杏園組上部含煤段70200灰色及灰白色礫巖、礫巖夾泥巖，含712煤組杏園組中部你巖段200600灰綠色、灰褐色、黑色塊狀泥巖、片狀泥巖杏園組下部礫巖段60120灰色礫巖、夾灰色、灰黑色礫巖泥巖五家組100紫紅色及灰綠色礫巖、夾紫紅色礫巖、泥巖1.2.2 構造特征元寶山煤田處于中朝準地臺北緣，明顯受燕山構造變動的控制。其主要特點是斷裂活動強烈，主要成NNE向壓扭曲性斷裂和NNW向張扭性斷裂，以及斷裂復活，斷陷下沉和斷塊上升。褶皺多屬撓曲作用而成的短軸形態(tài)。元寶山煤田呈NE-NNE走向，由三個向斜兩個背斜組成一個復向背斜構造，自ES而WN是風水溝短軸向斜、五家背斜、南荒向斜、龍頭山背斜和

10、老窯短軸向斜。本露天被F1斷層切去半壁的不完整的平緩向斜。地層傾角除F17和F18之間的局部地段由于受斷層影響達到23o外，露天的絕大部分地段傾角在3o14o，一般為8o。向斜軸走向北東25o，向斜軸自西南向東北方向傾斜，軸傾角在3o5o。在露天范圍內(nèi)，共有12條斷層，最大的為F1，最小的為F7。由于本區(qū)勘探網(wǎng)度較密，落差在20m以上的斷層均已查明。本區(qū)斷層均系高度的正斷層，且多呈楔形和菱形。以NNE，WN向和NNW向斷層切割NNE向段層。F1斷層為本區(qū)最主要的斷層，亦是露天東部的自然境界。該斷層為50o70o，傾向NW，落差200m以上，斷層以東煤層全部被剝蝕掉，其余斷層落差均小于75m。露

11、天區(qū)各個斷層的落差、產(chǎn)狀、控制程度詳見表1.3。表1.3 元寶山露天區(qū)斷層情況一覽表斷層編號斷層性質(zhì)斷層慘狀落差m斷層位置與延展長度走向傾向傾角F1走向正斷層N24E-N45E北西46-64200露天東翼縱貫全區(qū)延長5kmF2斜切正斷層N26E南西700-5010-20間延長300MF3斜切正斷層N62E北西600-3013-15線延長450MF4斜切正斷層N19-48E北東700-309-12線間延長1500MF5斜切正斷層N80W北東740-2016-19線間延長450MF6斜切正斷層N19E北西720-6017-19線間延長550MF7斜切正斷層N45E南東760-6014-17線間延長

12、600MF8斜切正斷層N77-43E北西6115-3012-16線間延長800MF露9斜切正斷層N40W-N5W-SN北西700-327-9線間延長520MF露11斜切正斷層S82E南西640-262-3線間延長320MF15斜切正斷層N78W北東470-4518-19線間延長300MF17斜切正斷層N24-68E北西6015-7512-19線間延長2500M四井F1走向正斷層N40E北西7020-50露天區(qū)內(nèi)延長700M1.2.3 煤層1) 煤層厚度本區(qū)含煤建造共含十二個煤組，即3、4、5-2、5、6-2、6、7、8、9、10、11、12煤組，5-2、6-2煤組分別是由5煤、6煤組分叉出來的

13、。其中5、6兩個煤組是本區(qū)的主要煤層。7煤以上為露天開采，位于含煤建造中部，煤層最大可采厚度為107.52m（7362號孔），全區(qū)發(fā)育，而且又很穩(wěn)定。7煤以下煤組煤層厚度逐漸變薄，僅南部可采，且變化較大。5-2煤以上各煤組僅在北部發(fā)育，尚有一定的可采厚度。812煤為露天深部區(qū)由井工開采。各煤組厚度和層間距見表1.4。表1.4 可采煤層（組）厚度與分布特點煤層(組)名稱可采煤層(組)厚度(m)煤 組分 布特 點最大厚度最小厚度平均厚度32.311.001.4617線以北418.882.5710.778線北5-25.773.694.5316線北556.138.1620.721線北6-27.972.

14、526.3817線北662.315.4327.71全區(qū)731.951.005.13全區(qū)83.840.801.16零星分布95.820.831.9211線南104.630.841.609線南114.410.801.2610線南122.130.821.296線南2) 煤層特點及變化規(guī)律本區(qū)煤層呈帶狀分布，可分為厚煤帶、穩(wěn)定帶和分叉尖滅帶。厚煤帶的特點是煤分層多，最多者128個分煤層（7363號孔），煤厚度大，累計可采厚度最大者達124.36m（7362號孔），一般都在60m以上。5、6、7煤間距很小，不易劃分，厚煤帶長軸分布方向N40E，聚煤中心在7349、7362和73160一線，厚煤帶寬700

15、m以上。穩(wěn)定帶在厚煤帶與F17間，煤層結(jié)構簡單，厚度穩(wěn)定，層間距向西呈規(guī)律變大，煤層易于對比，煤層厚度都在60m30m之間。分叉尖滅帶處于厚煤帶與穩(wěn)定帶的東南、西北兩翼，與厚煤帶的方向垂直分布。厚煤帶向東南煤層急劇分叉變薄，厚度變小，煤層很難對比。F17以北煤層則逐漸分叉，厚度逐漸變薄。3) 煤層（組）對比因該區(qū)巖性變化較大，且標準化石很少，無明顯的標志層，分煤層對比較困難（煤分層較多）。煤層對比的依據(jù)：a 以煤層為主要標志層，該區(qū)6煤組厚度變化均在可采范圍之內(nèi)，全區(qū)賦存。直接頂板為0.50-1.00m左右的黑色的泥巖，厚度均勻，全區(qū)賦存。6煤組底板作為對比基線。b 杏園組黑色的泥巖。該層與1

16、0組組間距為7080m左右，全區(qū)普遍賦存，層理發(fā)育。是元寶山煤組煤層的標志。c 5、6煤組的層間對比根據(jù)其間的巖性。d 6煤組底板砂礫巖層。e 物性標志層。煤層（組）對比方法：根據(jù)上述標志層，先確定6煤組層位，以此為基線對比上下各煤層（組）。當6煤與杏園組黑色泥巖并存時，首先根據(jù)黑色泥巖與10煤組間距確定10煤層位，然后參照間距對比中間各組。如只有6煤組，則根據(jù)物性標志層確定7、8煤組。6煤以上各煤組對比主要根據(jù)5、6煤組間巖石層特征參照層間距對比各煤組。1.3 礦石質(zhì)量及圍巖特征 煤的物理性質(zhì)煤的顏色一般呈黑褐色，稍經(jīng)風化后呈黑色，條痕呈褐色，光澤為弱油脂狀和瀝青狀，受風化后則變?yōu)榘档鉂桑?/p>

17、性脆、吸水性強。斷口：光亮型煤、半亮型煤常見貝殼狀、平坦狀斷口；半暗型煤常見有不平坦狀斷口。節(jié)理：以不甚發(fā)育的柱狀節(jié)理和立方節(jié)理為主。煤的密度：5煤層平均為1.54kg/L，6煤層平均為1.59kg/L。煤的原生裂隙和次生構造裂隙均不發(fā)育。煤的視密度在1.241.26 kg/L之間，平均為1.25 kg/L。結(jié)構：常見條帶狀結(jié)構，亮煤、暗煤互成條帶狀分布，鏡煤、絲炭呈透鏡狀，絲炭具有纖維結(jié)構，亦可見到呈線理狀的鏡煤。煤巖特征：煤巖類型主要是半亮型，其次為半暗型，再次為光亮型及暗淡型煤。礦物質(zhì)多為石英、粘土、局部黃鐵礦較多。在裂隙中有時為方解石充填，礦物質(zhì)約占5%左右。 煤質(zhì)特征各層煤的煤質(zhì)特征

18、見表1.5表1.5 各煤層煤質(zhì)特征表煤層名稱水分Mad %灰分Ad %揮發(fā)分Vdaf %粘結(jié)指數(shù)GR.I透光率PM %Qb,adkcal/kgQb,dafkcal/kg全硫St,d %灰熔融性ST4原煤16.33（4）10.92（4）48.21（4）1-2314806-55745069（4）6840-70586983（4）0.94（2）1150凈煤19.41（2）8.52（2）37.85（2）1504568295-2原煤13.52243242.34244440667320.571210凈煤5原煤16.17（15）12.72（15）43.52（15）1-230-474514-56465043（1

19、5）6586-72216885（15）1.04（8）1205凈煤16.90（10）8.98（10）42.58（9）1-25271-53655333（3）6759-71026907（3）1.75（4）6-2原煤15.47（2）10.57（2）44.19（2）1-2495205-52805253（2）6863-71046950（2）1.811125凈煤16.516.741.4716原煤14.37（36）13.07（36）43.02（36）1-350-604681-61235263（36）6867-74447071（36）1.76（14）1187凈煤17.35（20）8.74（20）42.93（20

20、）1-35327-57865578（5）6905-72807080（5）1.23（3）7原煤13.13（25）17.25（25）42.24（25）1-249-613820-56275078（25）6223-74787103（25）1.55（8）1160凈煤16.88（10）10.79（10）41.00（10）1-2露天區(qū)原煤14.78（83）13.00（83）43.24（83）1-230-614406-52915217（83）6732-71217039（83）1.48（32）1188凈煤17.15（42）8.74（42）42.62（40）1-25067-55785463（9）6902-7080

21、7008（9）1.46（7）1.3.3煤的自燃傾向及發(fā)火精查勘探時，對煤的自燃傾向進行了研究：5煤鑒定3個點原樣著火溫度258266，平均263。6煤鑒定7個點原樣著火溫度260291，平均277。7煤鑒定3個點原樣著火溫度269277，平均273。氧化著火溫度（T3）265267，平均266。還原著火溫度（T1）324333，平均329。自然傾向等級T=T1-T3=63，是極易自燃煤層。另據(jù)元寶山露天礦近幾年的生產(chǎn)實踐，本區(qū)煤層極易自燃，發(fā)火期13個月，生產(chǎn)中應注意防、滅火工作。1.3.4煤層(組)頂?shù)装鍘r性煤組頂?shù)装鍘r性見表1.6。表1.6 煤組頂?shù)装鍘r性表序號 煤組名稱煤組頂板巖性煤組底

22、板巖性13煤組頂板以灰白色粉礫巖為主，亦有少許泥巖。鈣質(zhì)膠結(jié)，風化易碎。底板亦是灰白色粉礫巖，局部有石英質(zhì)中砂巖。24煤組直接頂板有1m左右的灰白色粉砂石，層理不明顯，以石英顆粒為主砂泥質(zhì)膠結(jié)。底板為灰白色細砂巖，逐漸過渡為粗砂巖。35-2煤組頂板為灰白色石英質(zhì)細砂巖，松散。底板為灰白色石英質(zhì)細砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，粗細相間，構成條帶狀構造。45煤組頂板為灰、灰黑色粉砂巖，成份以石英、長石及炭屑為主，粘土質(zhì)膠結(jié)，水平及微波狀層理發(fā)育。底板在13線以南為灰、灰黑色粉砂巖。13線以北變?yōu)橹?、粗砂巖，顏色變淺。56-2煤組直接頂板為灰、灰白色粉砂巖，呈水平及波狀層理，含有 灰屑及植物化石，厚約1m1.5m

23、。偽頂板變?yōu)橹?、粗砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)松散。底板為灰、灰白色粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，厚層狀。66煤組直接頂板為黑色泥巖，厚0.5m1.0m，偽頂為灰白色鈣質(zhì)膠結(jié)粗砂巖，以石英顆粒為主，松散。底板在13線以南為沙礫巖，余者均為灰黑色細砂巖或黑色泥巖。77煤組頂板均為灰白色細砂巖，成份以石英顆粒為主1.3.5各煤層間夾石及其成分 各煤層間夾石及其成分見表1.7：表1.7 各煤層間夾石及其成分表序號 煤組名稱各煤組間夾石及其成份1三-四煤組煤層間夾石，上部位灰色細砂巖，下部為灰白色粗砂巖，成份以石英顆粒為主，砂泥質(zhì)膠結(jié)。2四-五-2煤組煤層間夾石，以灰黑色泥巖，灰白色砂巖及不可采之薄煤層為主。3五-2-五煤組煤

24、層間夾石，以灰、灰白色中，粗砂巖為主。4五-六-2煤組煤層間夾石，以灰、灰白色中，粗砂巖為主。5六-2-六煤組煤層間夾石，上部為灰色細砂巖、泥巖含有完整的植物化石，下部為灰白色粗砂巖，成份均為石英顆粒，鈣質(zhì)膠結(jié)6六-七煤組煤層間夾石，以灰色砂巖、細砂巖、泥巖為主。1.3.6圍巖物理力學性質(zhì)各種巖石物理力學性質(zhì)試驗樣見表1.8：表1.8 巖石物理力學試驗成果表 巖性項目粗砂巖中砂巖細砂巖粉砂巖泥巖比重(g/cm3)2.682652.652.642.57容重(g/cm3)2.212.262.212.221.95含水率（%）2.896.685.998.2619.33凝聚力(kPa)224615401

25、2951074148.6內(nèi)摩擦角(o)31.032.428.127.328.81.4水文地質(zhì)特征 地表水系1)老哈河該河發(fā)源于河北省平泉縣七老圖山脈的光頭山，在礦區(qū)的南部由西南向東北方向流去，全長421.8km，流域面積33076km2，歷年最大洪峰9840m3/s（太平莊站1962年7月26日），最小流量為0，據(jù)19551981年統(tǒng)計，多年平均徑流量4.297億m3，年平均流量13.6m3/s，河床寬5001000米，河流比降1/8001/900，河床及河漫灘主要由砂、砂土及礫石組成。2)英金河發(fā)源于河北省圍場北部山區(qū)（七老圖山）熱水附近，全長194.6km，流域面積10598km2，歷年最

26、大洪峰2650m3/s，多年平均徑流量4.02億m3，多年平均流量12.8m3/s，元寶山露天礦在英金河下游，下游比降1/7001/800，河床寬度變化較大，為200900m，主流擺動大，對兩岸旁蝕較強，洪水期常造成河岸坍塌。1.4.2 地下水系1)第四系含水層、隔水層a 第四系孔隙潛水含水層本層又分為上段和下段，上段為強富水段主要由沖積、洪積（Q31a1-pl）作用形成的圓礫夾砂礫及卵石層組成，分布在整個露天區(qū)，是區(qū)內(nèi)的主要含水段，其上被表土所覆蓋，其下則直接與中等富水段（英金河以南）、或粘土、玄武巖接觸（英金河以北），本層在首采區(qū)的加權平均厚度21.09米，鉆孔單位涌水量為53.63 L/

27、sm143.1L/sm，滲透系統(tǒng)為255.4 m/d636.98m/d，潛水面坡度一般為12，在上游蘆家營子一帶其坡度為3.0%5.5%，潛水流向與河流流向一致。下段為中等富水段，主要由冰磧、冰水堆積（Q21g1-fgl）之泥砂質(zhì)礫（卵）石夾砂礫、砂等組成，分布在露天區(qū)的大部分范圍，深度一般為30m90m，厚10m35m，在露天區(qū)首采區(qū)該段加權平均厚度19.57m，滲透系數(shù)為122.59 m/d 146.64m/d。b 第四系承壓弱含水層主要由冰磧、冰水堆積之泥砂質(zhì)礫（卵）石夾砂、砂礫層組成，分布在英金河以北，其上為亞粘土及玄武巖所覆蓋，其下為露天之煤系地層及其它第四紀前各時代地層，一般埋深4

28、5m70m，一般厚為2m8m，鉆孔單位涌水量為0.7L/sm，滲透系數(shù)16.86m/d。c 第四系隔水層由坡積、洪積作用沉積的亞粘土及火山熔巖流堆積的玄武巖層（Q12a1-p1-）組成。2)基巖含水層及斷層水為富水性弱的侏羅系含煤系孔隙裂隙承壓弱含水層，主要由砂巖、砂礫巖及粉砂巖組成，一般厚50m150m，鉆孔單位涌水量為0.08l/sm，滲透系數(shù)平均為0.083m/d。F1斷層斷裂破碎帶充水，其滲透系數(shù)0.0089m/d。3)含水層的補給來源及地表水的水力聯(lián)系露天區(qū)主要含水層第四系潛水層，主要受英金河上游河水和大氣降水的滲入補給，其次是處于河谷平原周圍地勢的基巖裂隙水、黃土丘陵區(qū)的孔隙水和幾

29、個主要渠道的滲入補給，地下水與河水存在著水力聯(lián)系。元寶山露天區(qū)域水文地質(zhì)特點如下：在一個大約130km2的長方形河谷平原上，有一個富水性強的第四系潛水含水層，兩條河流（英金河、老哈河）；三個進出水口（蘆家營子、小五家進水口和興隆坡總泄水口）；四周為相對隔水的黃土（或基巖）邊界。 1.5 勘探程度評價元寶山露天勘探區(qū)為滿足設計、設備選型要求，在勘探區(qū)內(nèi)部設了東西、南北兩個方向的平行勘探線，東西與南北向的勘探線距：2、2B、3線距為100m；89線為300m；1617線為285m；1718線為315m；其余勘探線距為200m。1980年以后施工的鉆孔一般布置在勘探線上，進一步加密了鉆孔的密度。鉆孔

30、孔距最小為40m，最大的為400m，一般為150200m。露天區(qū)鉆孔的密度達27.4個/km2，11線以南鉆孔的密度達35.9個/km2。元寶山露天從1954年至1992年，共計施工地質(zhì)勘探鉆孔計357個，無巖芯鉆孔總計82個，分段取芯鉆孔49個。19個鉆孔為測井。本次儲量復核報告資源/儲量計算采用鉆孔276個，對煤層的質(zhì)量評級采用原精查勘探報告及其邊坡、剝離物強度勘探報告的評級結(jié)果，共統(tǒng)計見煤鉆孔253個，見煤點631個，甲級點516個，乙級點83個，丙級點12個，無級別20個。甲乙級率為95%。1.6 附圖附圖：典型地質(zhì)斷面圖 綜合柱狀圖圖1.2 第10剖面圖 圖1.3 第24剖面線2 邊

31、坡穩(wěn)定分析2.1 穩(wěn)定分析計算及斷面的確定區(qū)內(nèi)地層分析區(qū)內(nèi)地層從老到新分別為：侏羅系上統(tǒng)（J3）、白堊系下統(tǒng)（K1）、第三系上新統(tǒng)（N2）、第四系（Q）。先由老到新分述如下：1）侏羅系上統(tǒng)（J3）杏園組（J34）：本組地層相當于遼西地區(qū)的九佛堂組，分上、中、下三段。元寶山含煤組（J35）：本組灰、灰白色粗砂巖為主，夾中、細砂巖、礫巖、灰黑色泥巖和煤層。整個含煤地層是一個河漫相和湖澤相碎屑巖含煤建造。含煤地層厚250-470m，一般厚340m，含有12個復煤層（組），累計平均可采總厚84.29m。以分布于含煤地層中部、全區(qū)發(fā)育的五、六煤組為主要可采煤層，是露天開采的主要對象。含煤地層中各類巖石平

32、均組分為：煤占30.4%，碳泥巖占1.0%，泥巖占8.7%，砂巖占59.1%，礫巖占0.8%。2）白堊系下統(tǒng)（K1）孫家灣組（K1S）：分布于露天北部的東、西兩側(cè)。以紫紅色和黃褐色礫巖為主，局部夾砂巖。礫石成分比較復雜，大小不均，礫徑一般3-5cm，各別達1m以上。露天區(qū)內(nèi)僅19線以北見此地層，其厚度為75m。不整合于侏羅系及以前諸地層之上。3）第三系上新統(tǒng)（N2）露天所見第三系地層，依巖性可分為下部紫紅色砂礫巖段、上部玄武巖段和紅土砂礫層段。4）第四系（Q）新統(tǒng)（Q3）：主要為園礫夾砂、卵石層和黃土、黃土狀亞砂土、亞粘土組成。土層細而致密，具直立節(jié)理。砂礫層為富水性強的含水層。全新統(tǒng)（Q4）

33、：主要分布于老哈河、英金河等河谷地帶。由現(xiàn)代河流沖積物組成。一般只幾米厚。以砂礫為主，風成砂、亞砂土、亞粘土次之。在露天開采范圍內(nèi)，剝離物除第四系表土外，主要是礫巖、砂巖和部分泥巖,玄武巖只在18勘探線以北的東北角有分布，厚度在7m34m，量不多。剝離巖石一般普氏硬度系數(shù)為23。2.1.2 計算剖面的確定結(jié)合上述地質(zhì)資料的分析，取四個幫的典型剖面：東幫：10號勘探線剖面南幫：24號勘探線剖面西幫：10號勘探線剖面北幫：24號勘探線剖面 上述剖面位置的選擇基本位于所在邊幫的中部，能反映邊幫的巖層組成，故選其作為邊坡的典型剖面，用來分析邊坡的穩(wěn)定性。2.1.3 各幫工程地質(zhì)分析1)南幫：組成邊坡的

34、巖土層為第四系亞粘土、砂礫、泥砂質(zhì)礫石。27線以西第四系下伏地層為第三系粘土巖、泥巖、砂礫巖，傾角近水平，其下為侏羅系上統(tǒng)元寶山組的砂巖、泥巖，含9煤組。影響該幫邊坡穩(wěn)定性的因素有：在第四系地層底部有冰川泥礫或粘土，可能引起土與巖石接觸面的滑動。地下水沿露頭補給6煤底板以下的巖層，使其巖石力學指標降低而易產(chǎn)生滑動。27線以西為第三系剝蝕區(qū)，由粘土、泥巖、砂巖、砂礫巖組成，巖性松軟，部分巖性混雜，易于產(chǎn)生滑動。第三系與煤系地層接觸處，因煤系地層長期經(jīng)受風化剝蝕，力學強度降低易產(chǎn)生滑動。該段煤系地層巖石抗壓強度較低，且多薄煤層、炭質(zhì)泥巖及煤層底板泥巖，這些強度較差的巖層可能是引起邊坡滑坡的弱層。2

35、)東幫：位于F1號斷層的東側(cè)，組成東幫邊坡的巖性除第四系外，主要是侏羅系杏園組地層。該層分上、中、下三段；上段以灰黑色泥巖、粉砂巖為主，僅在9線以北賦存；中段以灰色、灰綠色砂礫巖、砂巖、礫巖為主，夾有泥巖，局部含薄煤層，下段以紫紅色、灰綠色礫巖為主，夾砂巖、砂礫巖及泥巖薄層等，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，有少量鈣質(zhì)膠結(jié)。F1號斷層是露天東部邊界，在F1號斷層以東有10條斷層，均為正斷層，落差為10100m左右。由此可見東幫是由多條斷層切割的強構造破碎帶，因此東幫邊坡巖體完整性較差。影響東幫邊坡穩(wěn)定性的主要因素有：第四系層較厚，底部有冰川泥礫，基巖為多條斷層切割，形成構造破碎帶，在第四系層間水的影響下，降低

36、了巖石強度，對邊坡穩(wěn)定性影響較大。F1斷層兩側(cè)的巖層因受斷層的影響，巖石，具有破裂面，斷層面傾向坑內(nèi)，易于產(chǎn)生不同結(jié)構形式的滑動面。3)西幫：組成邊坡的巖性為68層煤之間的煤系地層，以砂巖為主，夾薄煤層及泥巖，地層傾角平緩，傾角約10左右，6煤露頭直接與第四系地層接觸，該幫工程地質(zhì)條件簡單。影響邊坡穩(wěn)定性的因素有：基巖風化帶巖石松軟，對邊坡穩(wěn)定性不利。薄煤層及其下部有薄的泥巖存在，構成影響邊坡穩(wěn)定的軟弱面。4)北幫：組成北幫邊坡的巖性為6號煤以上的煤系地層和第四系地層，巖石以灰至灰白色致密塊狀粉、中砂巖為主，夾薄層泥巖。由于此幫為工作幫，邊坡角不大且?guī)r層傾向與邊坡傾向相反，故對邊坡穩(wěn)定有利。影

37、響邊坡穩(wěn)定性的主要因素有：北幫有英金河水補給，對第四系層應采取有效的疏干措施，盡量降低殘余水頭，否則不但影響第四系層的臺階穩(wěn)定，也對輪斗作業(yè)不利。邊坡穩(wěn)定性計算方法、穩(wěn)定系數(shù)的選取1）計算方法本區(qū)地層為緩傾斜地層，煤層傾角較小，斷層較多，斷層規(guī)模較大，落差也較大。露天煤礦在沿煤層淺部拉溝，最終邊坡高度相對較大。元寶山露天礦上部有40m70m厚表土（沙礫石），表土邊坡容易發(fā)生滑坡，下部巖層、煤層相對穩(wěn)定。均質(zhì)土坡的滑面多呈圓弧形狀。露天礦的排土場邊坡，選用圓弧滑面進行穩(wěn)定性計算。因此在進行邊坡穩(wěn)定分析時滑坡模式為圓弧滑坡。圓弧滑面的計算方法有：Fellenius條分法； Bishop法；FLAC

38、軟件輔助設計。計算時選用FLAC軟件輔助設計。理由如下：Fellenius條分法是在邊坡角確定的條件下依靠不斷重復前面的計算過程使得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸縮小，此次條件下所得出的結(jié)果中最小值即為一次邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。此法繁瑣，需花費較多時間，且計算精度不高；Bishop法是對Fellenius條分法的改良，考慮了分條間的水平力，提高了計算精度。但Bishop法的精確解法相當繁雜，簡化解法忽略了剪力，計算精度得不到保證；FLAC程序建立在拉格朗日算法基礎上，特別適合模擬大變形和扭曲。FLAC采用顯式算法來獲得模型全部運動方程(包括內(nèi)變量)的時間步長解，從而可以追蹤材料的漸進破壞和垮落，這對研究工程地質(zhì)

39、問題非常重要。FLAC程序具有強大的后處理功能，用戶可以直接在屏幕上繪制或以文件形式創(chuàng)建和輸出打印多種形式的圖形。使用者還可根據(jù)需要，將若干個變量合并在同一副圖形中進行研究分析。該程序自1986年問世后，經(jīng)不斷改版，已經(jīng)日趨完善，現(xiàn)在是國際上廣泛應用的可靠程序。2）穩(wěn)定系數(shù)的選取 見表2.1表2.1 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)選取表邊坡類型服務年限（a）穩(wěn)定系數(shù)邊坡上有特別重要的建筑物或邊坡滑落會造成生命財產(chǎn)重大損失者201.5采掘場最終邊坡201.31.5非工作幫邊坡101020201.11.21.21.31.31.5工作幫邊坡臨時1.01.2外排土場邊坡201.21.5內(nèi)排土場邊坡10101.21.3

40、上述值是根據(jù)礦山經(jīng)驗和綜合以往的地質(zhì)資料選取的。由于礦山工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料不充分，同時未考慮到水、震動等實際情況的影響，本設計從安全可靠的思想出發(fā)，穩(wěn)定系數(shù)取在1.21.5之間。2.2 采場邊坡穩(wěn)定2.2.1 計算參數(shù)確定采場的邊坡的穩(wěn)定性取決于邊坡巖體的強度，巖體的強度和巖塊的強度及節(jié)理的密度有關。根據(jù)地質(zhì)資料提供的數(shù)據(jù)和礦山的經(jīng)驗，確定巖體的具體強度如表2.2：表2.2 巖體力學強度指標表 指 標巖 性內(nèi)摩擦角（）粘 聚 力（MPa）容 重(t/m3) 泥巖250.031.96煤300.061.22砂質(zhì)泥巖260.042.12粉砂巖280.051.98粗砂巖310.031.97中砂巖2

41、90.041.98第四系砂層320.001.90最終幫坡角的確定 在本設計中確定最終穩(wěn)定邊坡角的原則：計算所得的穩(wěn)定系數(shù)值均大于1.2；在保證邊坡安全的前提下， 幫坡角應盡量大，以減小剝采比；考慮到24號勘探線剖面的南北幫為端幫，隨著采礦工程的發(fā)展將會考慮內(nèi)排，端幫存在的時間就不會太長，所以這兩個幫的穩(wěn)定性可以在安全的前提下取較大的值；最終幫坡穩(wěn)定系數(shù)的選取，決定選用FLAC軟件計算。根據(jù)上述方法，本設計采用不同的邊坡角對每個剖面進行邊坡穩(wěn)定計算，對所得的各個邊坡穩(wěn)定性進行綜合分析，選取最佳的角度作為邊坡角。以東幫為例，詳細過程如下：1）東幫邊坡角計算根據(jù)第10號勘探線剖面的實際情況，根據(jù)巖層

42、的走向，傾向、剖面位置、傾角，建立東幫邊坡模型。模型圖如圖2.1: 圖2.1 東幫模型圖該地層含有四個地層，由上到下分別為：第四系（Q）、侏羅系上統(tǒng)（J3）杏園組（J34-3）上部泥巖段、（J34-2）中部砂礫巖段和（J34-1）五家礫巖段。各地層主要巖體的強度見表2.3表2.3 體力學強度指標表地層 指 標巖 性內(nèi)摩擦角（）粘 聚 力（MPa）容 重(t/m3)Q砂層320.001.90J34-3泥巖250.031.96J34-2砂巖300.041.98J34-1砂巖300.041.98根據(jù)上圖，在Flac軟件建模如圖2.2: 圖2.2 東幫模型圖將上表中的參數(shù)輸入到程序中，分別選取邊坡角度

43、為20、22、24、26、28五個邊坡角，計算結(jié)果分別如表2.4：表2.4 東幫邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)關系表邊坡角（）2022242628穩(wěn)定系數(shù)1.52 1.40 1.29 1.15 1.08 將上述數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和整理可得圖2.3：圖2.3 東幫穩(wěn)定性從上面關系圖可以看出，穩(wěn)定系數(shù)大小與邊坡角大小是成遞減關系的，邊坡角越大，穩(wěn)定性越差，反之越好。從圖上可以看出，在滿足礦上邊坡穩(wěn)定系數(shù)范圍內(nèi)，并考慮減少剝離量等因素，選取邊坡角為24。由滑坡的位移矢量圖可以得出，滑坡模式為圓弧滑坡。2）西幫邊坡角計算根據(jù)第10號勘探線剖面的實際情況，建立西幫邊坡模型，分析地層巖性，應用軟件FLAC制作模型等方法、過程

44、與東幫邊坡角計算相同。分別選取邊坡角度為20、22、24、25、26、28六個邊坡角，計算結(jié)果分別如表2.5：表2.5 西幫邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)關系表邊坡角（）202224252628穩(wěn)定系數(shù)1.631.61 1.461.31.241.14 將上述數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和整理可得圖2.4圖2.4 西幫穩(wěn)定性從上面關系圖可以看出，穩(wěn)定系數(shù)大小與邊坡角大小是成遞減關系的，邊坡角越大，穩(wěn)定性越差，反之越好。從圖上可以看出，在滿足礦上邊坡穩(wěn)定系數(shù)范圍內(nèi)，并考慮減少剝離量等因素，選取邊坡角為25。由滑坡的位移矢量圖可以得出，滑坡模式為圓弧滑坡。3）南幫邊坡角計算根據(jù)第24號勘探線剖面的實際情況，建立南幫邊坡模型，分析

45、地層巖性，應用軟件FLAC制作模型等方法、過程與東幫邊坡角計算相同。分別選取邊坡角度為20、22、24、25、26、28六個邊坡角，計算結(jié)果分別如表2.6：表2.6 南幫邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)關系表邊坡角（）202224252628穩(wěn)定系數(shù)1.70 1.68 1.64 1.31 1.23 1.12 將上述數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和整理可得圖2.5：圖2.5南幫穩(wěn)定性從上面關系圖可以看出，穩(wěn)定系數(shù)大小與邊坡角大小是成遞減關系的，邊坡角越大，穩(wěn)定性越差，反之越好。從圖上可以看出，在滿足礦上邊坡穩(wěn)定系數(shù)范圍內(nèi)，并考慮減少剝離量等因素，選取邊坡角為25。由滑坡的位移矢量圖可以得出，滑坡模式為圓弧滑坡。4）北幫邊坡角計算

46、根據(jù)第24號勘探線剖面的實際情況，建立北幫邊坡模型，分析地層巖性，應用軟件FLAC制作模型等方法、過程與東幫邊坡角計算相同。分別選取邊坡角度為20、22、24、25、26、28六個邊坡角，計算結(jié)果分別如表2.7：表2.7 北幫邊坡角與穩(wěn)定系數(shù)關系表邊坡角（）202224252628穩(wěn)定系數(shù)1.761.64 1.431.321.241.13 將上述數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和整理可得圖2.6：圖2.6 北幫穩(wěn)定性從上面關系圖可以看出，穩(wěn)定系數(shù)大小與邊坡角大小是成遞減關系的，邊坡角越大，穩(wěn)定性越差，反之越好。露天礦向北推進，北幫為工作幫，在滿足礦上邊坡穩(wěn)定系數(shù)范圍內(nèi)，為減少超前剝離量等因素，邊坡角可以取稍大一些

47、，故選取邊坡角為26。由滑坡的位移矢量圖可以得出，滑坡模式為圓弧滑坡。通過以上計算，并參考確定最終穩(wěn)定邊坡角的原則，最終確定的各幫邊坡角如下表2.8表2.8 元寶山露天礦采場邊坡角邊坡位置與名稱穩(wěn)定系數(shù)邊坡角（）東幫邊坡1.2924西幫邊坡1.3025南幫邊坡1.3125北幫邊坡1.2426臺階坡面角的確定依據(jù)露天采礦手冊和相似礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗，本設計確定本礦的臺階坡面角為：表土臺階：55煤巖臺階：652.3 排土場的邊坡穩(wěn)定排土場最大排棄高度約為100m。排土場為松散的物體，邊坡滑移模式為圓弧形，由于排土場的基底是較堅硬的砂巖和砂質(zhì)泥巖，從定性分析上可知，邊坡滑移時切入基底滑移的可能性不大。由

48、于礦山工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料不充分，同時在未考慮到水、震動等實際情況的影響，設計從安全可靠的思想出發(fā)，穩(wěn)定系數(shù)取在1.31.5之間。排棄物強度參數(shù)見表2.9。表2.9 內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定計算巖體強度參數(shù)表名 稱凝聚力 (MPa)內(nèi)摩擦角 ()容重 (tm3)排棄物0.03251.86用FLAC軟件輔助設計，制作邊坡模型，方法同上節(jié)計算東幫邊坡角。分別選取邊坡角度為20、21、22、23、24、25各個邊坡角的情況計算，結(jié)果見表2.10：表2.10 排土場幫坡坡角與穩(wěn)定系數(shù)關系表邊坡角（）202122232425穩(wěn)定系數(shù)1.64 1.57 1.51 1.44 1.38 1.28 將上述數(shù)據(jù)經(jīng)過分析

49、和整理可得圖2.7：圖2.7 排土場邊坡穩(wěn)定性經(jīng)計算，內(nèi)排土場邊坡角度在22度時，其穩(wěn)定系數(shù)為1.51，可保證邊坡的穩(wěn)定。結(jié)果如表2.11。 表2.11 元寶山露天礦排土場邊坡角邊坡名稱穩(wěn)定系數(shù)邊坡角（）內(nèi)排土場1.5122外排土場1.51222.4 邊坡監(jiān)測為了保證露天礦生產(chǎn)和周邊設施的安全，在生產(chǎn)過程中必須加強邊坡管理，及時發(fā)現(xiàn)和治理邊坡。為此，除了加強采場和排土場的疏干、防排水措施外，還應在最終邊坡上設置監(jiān)測網(wǎng)。布置的原則是：在采場最終邊坡上，隨著到界邊坡的延長不斷增加監(jiān)測點，監(jiān)測在旱季12個月一次，雨季1個星期一次。當發(fā)現(xiàn)異常情況時，在異常點附近建立3條邊坡傾向方向的監(jiān)測線，以確定滑坡

50、范圍，必要時應設置地下位移監(jiān)測孔確定滑動位置，為治理邊坡提供依據(jù)。在排土場的最終邊坡上，每隔12個臺階設置一個監(jiān)測點，并在排土場下部境界外側(cè)100m范圍內(nèi)布置兩條位移監(jiān)測線，監(jiān)測周期與采場邊坡監(jiān)測周期相同。除了用儀器儀表監(jiān)測邊坡變形之外，還應經(jīng)常對采場邊坡和排土場邊坡進行巡視，發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，盡早采取措施，防止事故的發(fā)生。3 開采境界和儲量計算3.1經(jīng)濟合理剝采比 經(jīng)濟合理剝采比分類隨著露天開采境界加大，其邊界層中的巖石量與礦石量之比值及邊界層礦石的開采成本相應提高，合理的開采境界應使露天開采邊界層的原礦成本等于地下開采的原礦成本。確定經(jīng)濟合理剝采比的方法基本可以分兩類：一類是以比較露天和地采的合理性為基礎的，即對于淺部露采，深部地采的礦床，按露采和地采的成本、單位工業(yè)儲量盈利、或加工的產(chǎn)品成本相比較以確定經(jīng)濟合理剝采比。另一類是以礦石允許價格為基礎，對于目前僅用露天開采淺部而深部暫不開采的礦床，可根據(jù)礦石價格或加工的產(chǎn)品價格確定經(jīng)濟合理剝采比。經(jīng)濟合理剝采比的計算方法歸納如下：1）部分宜用露天開采、部分宜用地下開采的礦床 t/ m （3.1）適用于露天地采的貧化損失相同或近似，礦石資源豐富且不很貴重 t/ m （3.2）適用于露天地采的貧化損失差別較大，礦石價格較貴2）部分宜用露天開采、部分暫不開采的礦床 t/ m