南桐煤矿矸石山的稳定性分析及防治措施研究.pdf

南桐煤矿歼石山的稳定性分析 及防治措施研 究 重庆大学硕 士学位论文 学生姓名 粟俊江 指导教师 阴可教授 专业 岩 土工程 学科类别 高校教师专业硕士 重庆 大 学土 木工程 学院 二 0 0 八年 四月 S t ab ilit y A n a lysis an d R e sear c h of P rev en tio n a n d C u re Mea su 代 o f w么 Ste D u m P in N a n to n g C o al Min e A T h esis su b而 tted to C h on gqin g U n iversity in Pa rtia l Fu lfillm en t o f th e Req u ir em en t fo r th e D eg re e o f Ma ster o f C o lleg e 飞 饱 a ch cr b y Su Junj ian g S u P erv iso r P ro f. Yi n K e M ajorG eotechnical E nglneering F acu lty of C ivil En gin eerin g C h on gq in g U n iversity A P ril 2 0 0 8 重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘 艺石 3 七 重庆南桐矿业公司下属南桐煤矿开采 已经 60 余年 ，现 已形成一、二、三级研 石 山，总高差 197m 。2001 年 8 月 5 日二级研石 山东侧南段 ，暴雨后 曾发生研石小 规模垮塌现象，垮塌范围长约 30m ，宽约 10m ，面积约 300m 2，方量约 400m 3，垮 塌距离约 巧m 。2004 年 6 月，同在万盛区的东林煤矿三级研石 山在暴雨作用下产 生研石大规模滑塌 ，致使研石 山下方胡家沟居 民房屋、耕地 、农 田毁坏 ，造成 了 人员伤亡，造成 了严重的经济损失，严重影响了社会稳定，故对研石 山的稳定分 析及 治理就显得尤 为迫切和重要 。 本文就 以南桐煤矿研石山的工程地质勘察工作为基础， 对该研石 山的稳定性进 行了分析 ，并进行了治理设计 。具体开展的主要工作有 ① 严格按照相应规范、规程及标准 ，采用工程地质测绘 、工程地质勘探 ，对 南桐煤矿研石 山进行 了勘 察工作 ，查 明了研石 山区域 的工程地质条件 ，掌握 了地 形地貌、地层岩性、地质构造 、水文地质条件 、地震及不 良地质现象等地质情况。 ② 采用原位测试及室内土工试验等手段对南桐煤矿研石 山岩土体进行 了物理 力学参数的测试 。对 实践 中常用的测试煤研石物理力学参数 的测试方法进行 了介 绍 ，提 出了应用 时的注意事项 。根据南桐煤矿研石 山测试 数据 ，通过查 阅文献 ， 结合其他研石测试数据 ，较系统总结、分析 了研石散体基本物理力学特性，研究 了研石散体的力学特征 。 ③ 按研石 山的堆积特征，将研石 山分为稳定基底、软弱基底和倾斜基底三类 情 况 ，分 别分析 了基 底情 况对煤矿研石 山失稳模 式 的影响 ，并 由此归纳 出煤矿研 石 山山体 内部滑动 、沿研石 山与基底接触 面滑动 和穿越基底滑动等三种 失稳模式 。 ④ 针对南桐煤矿研石 山的基底情况 ，对南桐煤矿研石 山进行 了内部滑动 、沿 基底接触面滑动二种稳定性分析，分别应用 圆弧法 、折线法进行 了稳定性计算 ， 在定性分析和定量计算的基础上对研石 山进行 了稳定性评价 。 ⑤由于存在安全 隐患，需对南桐煤矿研石 山进行治理。论文在提 出治理措施 的基础 上 ，对 治理 工程 进 行 了设计 。 通 过 本文 的研 究 ，阐 明了南桐煤矿 研 石 山区域 的工程 地质 条件 ，对 研石 山的 稳定性进行 了较全面 的分析和 计算 ，作 出了客观科 学的评价 ，并做 出 了整 治工程 设计 。 关键词 研石 山，原位测试 ，失稳模式 ，稳定分析 ，失稳防治 ，工程设计 众 / 重庆大学硕士学位论文英文摘要 A B S T R A C T N an To n g C o al Mine ， S u b ord in ated eo m P an y o f C h o n g q in g N an To n g Minin g C om P an y， h as b een m in ed m ore th an 6 0 ye ars. N o w it h as three grad e s G an g u e d u m P w ith th e h eigh t of 19 7 m fro m the b o tt o m to the to P . o n A u g u st s ， 2 0 0 1 it h ad o eeur r ed sm all 一 seale g an g u e lan d sll d e P h en om en o n at the so u ther n seetio n of th e east sid e o n seco n d grad e g an g u e d um P af t er th e h eave rain ston n . T h e lan d sli d e seale 15 ab ou t 3 0 O m 2 w ith the len g th of 3 0 m an d th e w id th of 10 m . TO tal eub ie o f th e g an g u e 15 ab ou t 4 0 O m 3 ，an d the d istan ee of lan d sli d e 15 ab o u t 15 m . hi Ju n e 2 0 4 it h ad oceur r ed lar g e一 seale g an g u e lan d slid e in h eave rain ston n at th e th lrd grad e g an g u e D u m P of D o n g L in C o al M in e in Wan S h en g D istr iet，w h ieh n o t o uly d e stro y ed the h ou se s， farn〕 land of H ujiagou V ill age nearby， but also eaused easualties and severe lost of loeal eeonom y. A ll these disaste r s m ay i砚 uenee th e stabili ty of soeiety seriously，and it b eeo m es P articu larly urg en t an d im P ortan t w ith the stab ility an aly sis an d reeo very ab o u t th e g an g u e d u m P . In th is P aP er，the stab ili ty o f th e gan g u e d um P 15 an aly zed an d the tr e atm en t m eth o d 15 d esig n ed ， w h ieh 15 b a sed o n the E n g in eet i n g g eo lo g y ex P lo re in th e g an g u e d u m P o f N an To n g C o al M in e .T h e m ain re search 15 a s foll o w s ① A eeording to the eorresponding national standards， the m et hods of engineering g eo lo g y S urv ey s an d ex P lore s are u sed to th e researeh on N an TO n g g an g u e d u m P s. A ll th e w ork h as d iseo vered the en gin eer i n g geo lo g y eo n d itio n of the area aro un d th e g an g u e d um P s， an d th e terrain lan d ， str atum eh araeters， g eo lo g ie str u e tU r e s， e arth qu ak e an d o th er ad verse g eo lo g ical co n d itio n s are also gra sP ed . ② 玩 situ tests， indoo 5011。 haraeter i sti。 5 tests and ot her test m ethods are used to o b tain th e P h y sie m eeh an ical P aram eters o n th e str atum o f N an To n g g an gu e d u m P s. T h e m eth o d s o f P h y sie m eeh an ieal P aram eters o n the stratum test， w h ieh ar e e om m o n ly u sed in P raeti ee ，are also in tro d u ced . In aeeord an ee w ith th e test d ata of N an To n g g an g u e d u m P s an d o th er related P aP ers，th e P h y sie b a sie m ech an ieal eh araeteristie s of g an g u e are an aly zed sy stem atieally， an d th e seatt er g an g u e ， 5 m eeh an ieal eh araeteristie are re se are h ed la ter. ③ T he gangue dum ps ean be divided into three types aeeording to the dum p eh araeteristie s， n am ely stab le b a se，sof t b a se an d tilt b a se .T h e in flu en ee s of th e se b a se s to th e in stab ility o f g an g u e d u m P are an aly zed ，an d th e in stab ili ty m o d e s are also 7 重庆大学硕士学位论文英文摘要 eo n elu d ed from the er an aly se s. ④ A eeording to the base characte r i sti es of gangue dum p on N an TOng C oal M ine， stab ility o f tw o ty P e o f g li d e ， n am ely in ter n al slid in g an d sl i din g from C o n tae t faee， are an aly zed in d u m P s. C ir eu lar are m etho d an d b ro k en li n e m etho d ar e u sed to eaicu late the stab ility of gangu e dum P s. B ased on quan titati ve an d qual l tative analysis on the g an g u e d um P s， d u m P stab ili ty ev alu atio n 15 d iscu ssed . ⑤ N an To ng gangue dum ps m ust be tr eated and recovered as soon as possibl e beeau se of its Potent i al saf e ty Problem s. B ase on the m et h od of tr e atm en t from th i s PaPer， it also designs the reeovery Fram e of this engineer i ng Projeet. P a ss tex tu al researeh ， elar i fied th e en g in eerin g g eo lo g y e o n d iti o n o f N an to n g e o al m in e ，eoil iery w aste d ur n Pc别叮ied o n m ore o v eral l an aly sis an d e om P u tati o n to the steadiness of w aste dum P， refuse heaP， m ade the aPPraisal of objeeti ve seienee， and did w h o le cure en g in eer i n g d e sign . K eyw ord s G angn e D um P ， in S itu Te st， Instab ility M ode， S tability A naly sis， In stab ility C o n tr ol， E n g in eer i n g D e sig n 111 产知 重庆大学硕士学位论文 目录 目录 中文摘要 . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 、 、 . ， . ‘ . ‘ ， 一， . . 一 、 . 、 二 ‘ 、 . . I 英文摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n 1 绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 课题研究的背景 . . . . . . . . . .. . . .. . . .. . . . .. .. . .. .. .. . . .. .. . . .. . . . ... .. . . . . .. . . .. .. .. . . . . .. .. .. .. .. . . .. . .. . .. . .. . . . .. . ‘ .. 1 1.2 论文研究的目的和意义. . .. .. . . .. . . .. . .. . .. .. .. . . . . .. .. . . . .. . .. . . . . .. . . .. .. . . .. .. .. . . .. . . .. . . .. .. .. . . ... . .. .. .. . . .. . ... 2 1.3 国内外研 究现状 . . . . . .. .... .. .. .. . .. .. . .. . .. . .. . . .... . . .. . .. . .. ... . .. .. .. . .. . .. . . .. ... .. . .. . . . .... ‘ .. . . .... . .. . .... .. 3 1. 3.1 国内外研石 的分类研究 .. .. .. .. . .. . .. .. . . . ... .. .. ... . .. .. .. ... . . .. . .. . . .. .. . . .. ... . .. . .. . .. .， . . .. .. .. .. 3 1. 3. 2 煤研石的综合利用研究 . ... .. .. .. .. . . .. . . .. .. . . . .. . .. .. . . .. . . .. .. . . .. . . . .. . .. . . .. . . . . .. .. . . .. .. .. .. .. .. .. . ... 4 1. 3. 3 煤研石的特性及组成研究 . . .. . .. . . .. . . . .. .. .. .. .. . . .. ， . . .. . . . . . .. .. . . .. .. . . .. .. . . .. .. . . . .. . . .. . ... ... 4 1. 3. 4 研石工程性质的研 究 .. .. . ... .. .. .. .. . . .. . ... .. . . .. .. ... . . . .. . ... .. .. .. . .... 6 1. 3. 5 石 干 石 山稳定分析方面的研究 .. .. .. .. .. . ... .. . .. . .. . . .. .. . . .. .. .. .. .. .. . . .. .. ... . .. . .. . .. .， . . .. .... ..7 1. 4 本文的主要研究内容、思路及技术路线 . . . . . . . .. . .. . . . . .. . . .. . . . . .. .. . .. . .. . . . .. . . . .. . . . . . 甲 .. .. . ... . . 8 1. 4.1 本文的主要研究内容及思路 . .. . .. . . . . .. . . .. . . .. . . .. .. .. . . . . . .. . . . .. .. . 8 1， 42本文研究的技术路线 .. .. .. .. . . .. . .. . . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . .. . .. . . . . .. . . . . .. . 9 2 研石 山稳定性分析方法及应用研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ‘ o 2.1 研石 山失稳模 式分析.... .. .. .. . .. . .. .. . .. . .. . . .. .. . .. . . .. . . .. .. ... . . .. . .. . . .. . . ... .. . ro 2.1.1 研石 山基底情况对 失稳模 式的影 响. . .. . . ..... .. . . .. . ... .. . . . ... .... .. . . .. .. .. .. ..... . .. . . .. ... . .. .. 10 2.1. 2 按滑动面所处位置对 失稳模式分类 ， . . .. . . .. ... . . . .. .. . .. . . .. . ... .... . . .. . .. ‘ . ... ... .. ..12 2.2 研石 山稳 定性分析方法 .. .. .. .. . . .. ...... .. .. . . .. .. .. .. . . . .. . .. .. . . .. . . .. .. . . . .... ... ， 13 2.2.1 石 干 石 山稳 定 的影 响 因素 . ........... .... ............................， ......... ............ .... ........13 2.2.2 研 石 山稳 定分析 方法 ..... ............... ................ .................... . . 14 3 煤研石岩土体物理力学参数获取方法研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1 岩土体物 理力 学参数试验 .. . . .. . ... .. .. . .. . . .. .. . .. . . .. . ... .. . . .. . ... .. . . .. ... . . 17 3.1.1 含 水率试验 .. . .. . . . .. .. . ... .. . . .... .... .. ... . .. .. .. .. ... . .. . . .. . .. . .. .. .. . . ， . . .. . .. . . .. ..... . .... . . .. . . . 17 3.1. 2密度试验 ...... .. ........................ ........ .... .... .... .... ........ .... .............. ..........................18 3.1. 3 土体颗粒分析试验 .. . . .... . . .. . .. . .... .... .. . . ... .. ... .. . . . ... .. . . .. . .. . .. .. . 一18 3.1. 4固结试 验...... ............ ...... ................................ .. .......... ...................， ..............19 3.1. 5 三轴压缩试验 . ... .. . . .. . . .... . . .. .. . . .. .. .... .. . . .. .. .. .. .. . . .. . . .. .. .. . ..， . .... . .. . . . 20 3.2 煤 研 石 物 理力 学 参数测 试 方法 .............................. ............ .................. ......................20 3. 2.1 测 试 方法 的选择及 要 求 ........................................ . . 20 3. 2. 2主 要 测 试 方 法 ...........................， .......................... ， .................................21 厂七 重庆大学硕士学位论文目录 33煤研石基本物理力学特性分析 .. . . .. . .. . . ... . . . . .. .. . . .. .... . . . . .. . . . . . ... .. . . . . .. .. .. .. . . . . .. . . .. . .. . .. . ... .. . . 24 3. 3.1 煤研石结构特征的表征 . . . . .. .. .. . . . ... . . . . . .. . . . . . .... . . . . .. .. . . .. .. . . . . .. .. .. .. .. . . .. 。 . . . .. . ... .. . ， 24 3. 3. 2 煤研石 的级配特征 . . .. .. . . . . .. . . .. .. . . . ... . . . . . .. . . . . . . ... . . . . ... . . . .. .. . . . . .. . . .. .. .. . . .. .. . .. . . .. . .. . . .. .. . . 25 3. 3. 3 煤研石的抗剪强度 . . ... . . . . . .. .. .. .. .. .. .. . . . . . .. . . . . . .... . . . . ... . . . . ... . . . . . .. . .. .. .. . . .. .. . . .. . . .. .. .. .. . .. . 26 3. 3. 4 煤研石压缩变形的特点 . . .. .. .. .. . . .. .. . . . . . .. . . . . . .， ... . . . .. .. . . . . .. .. .. .. .. . . .. .. . . .. .. .. .. .. .. .. . . 29 3. 3. 5 煤研石 的渗透性 .. . . .. .. ， . . . .. .. . . .. .. . . . . . ... . . .. .... . . . . .. .. . . .. .. . . . . . .. .. . .. .. . . .. . . . .. . . .. . .. . . .. .. . . 31 4 南桐煤矿研石 山稳定性分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.1 工程 背景 . .. .. . . .. . .... . . . .. .. . .. . . ..... . . . ... .. .. .. .. . . .. .. . . . ... .. . . .... . . . . .. .. . . .. .. . . .. ... .. . . . .. .. . ... .. . . .. .. .. . . .. .. ..33 4.2 场 区 自然地理条件 ， . . .. .. .. . . .. .. . . . . .. .. .. .. . . . ... . . . . . .. . . . . . .... . . . . .. .. . . .. .. . . . . .. . . .. .. .. .. .. . . .. . . .. . .. . .. .. . . . . 35 4.2.1 位置与交通 . . .. .. .. .. .. . . .. .. . . . . .. .. .. .. .. . ... . . . . .. .. . . . . .... . . . . .. . . . . . ... . . . . .. . . .. .. .. . . . . .. . . . .. . .. . . .. . . .. . . 35 4.2.2 气象及水文 . . .. .. . . .. . . . . .. .. . . .. . . .. .. ... . . . .. .. .. .. .. . . .. .... . .. . .. . . ， . . . .. ... . . .. . .. . ... .. . . .. . ... .... ... . 36 4.3 场区工程地质条件 . . . . . .. . . . . .. . . .. .. . . .. .. . . .. . . .. .. .. .. .. . . . . . .. . . . . . ... . . . . ... . . .. .. .. . . . . .. .. .. .. .. . . .. .. .. . .. . .. . . 36 4.3.1 地形 地貌 .. .............. ........................ .... .... .... ， ..... ................. ...........................36 4.3. 2 地层岩性... . . . .. . . . .. . . .. . .. . . . .... . . . ... .... . .. .， . . .. ... .. . . . ... . . . . ... .. .. .. .. . . .. ... .. . .. . . ... ..... .. ... . .. 37 4.3. 3 地质构造.. . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . .. . . . . .. . . .. . . .. . . . . .. .. . . . . . ... . . . . ... . . . . . .. . . .. .. .. . . . . .. .. . . . . .. . . .. .. . . .. .. . . . . 37 4.3. 4 水文地质条件 .. . . . .. . . . .. .. . . .. . . .. . .. . .. . . .. .. . . .. .. .. . . . .. . . . .. ... . . .. . .. . . .. .... .. . .. . .. .. .. .. . . .. .. .. ... .... . 39 4.3. 5 地震及不 良地质现象 . . . . .. .. . . . .. . .. . .. . . . . . . ... . . . . ... . . . .. ... . . . .. .. . . . . .. .. . . .. .. . . .. .. . . .. .. .. . . .. .. . . .. 39 4. 3， 6 人类工程活动 . . .. . . . . . . .. . . . . .. .. . . . .. . .. . . .. . . . . . ... . . . . . ... . . . . .. . . . . .. .. . . .. .. .. . . . . .. .. .. .. .. . ， . . .. .. . . 40 4.4 南桐煤矿研石 山稳定性分析 ， .. . . .. .. .. . ... . .. . .. .. . . . . ... . . . . . ... . . . . ... . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. .. . . .. . . .. . ... . . . . 40 44 1 计算方法 的选取 . . .. .. .. ... . . . .. .. .. .. . . .... . .. . . .. . .. .. .... . . . . ... . .. . .. . ... .. . .. .. .. . .... . .. .. . ..... .. .. ... ， 二 40 44计算剖面的确 定 .. . . . . .. .. . .. . . . .. . ..... . ... . . . .. ... . . . . .... . . .. .. . .. . .. .. .. . . . .. . .. .. ... . . . .. .. . . .. .. . . .. .. . .. . 40 4. 4. 3 计算工况.. . . .， .. . . . . .. .. . .. . .. . . . ..... .. .. . . . .. ... . . . . .... . . .. .. .. . . .. .. .. . . . .. . .. .. ... .