西湾露天矿边坡变形监测与参数优化研究.pdf

万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 Key wordsOpencast mine, slope stability, deation monitoring, slope optimization ThesisApplied research 万方数据 目录 I 目录 1 绪论..........................................................................................................................................1 1.1 露天矿边坡变形监测与参数优化的背景与意义........................................................1 1.1.1 露天矿边坡变形监测的背景和意义..................................................................1 1.1.2 参数优化的意义..................................................................................................2 1.2 国内外边坡变形监测的现状........................................................................................2 1.3 露天矿边坡稳定性分析方法........................................................................................4 1.4 论文研究的主要内容....................................................................................................6 2 西湾露天矿工程概况..............................................................................................................7 2.1 研究区概况....................................................................................................................7 2.2 工程地质特征................................................................................................................7 2.3 水文地质条件................................................................................................................8 2.3.1 地表水..................................................................................................................8 2.3.2 含（隔）水层水文地质特征..............................................................................8 2.3.3 地下水的补、迳、排条件..................................................................................9 3 露天矿边坡监测系统研究....................................................................................................12 3.1 露天矿边坡监测方案..................................................................................................12 3.1.1 边坡监测方法选择与自动监测方案................................................................12 3.1.2 边坡自动监测方案比选....................................................................................15 3.2 露天矿边坡监测系统设计..........................................................................................16 3.2.1GNSS 边坡监测系统设计原则.........................................................................16 3.2.2 露天矿边坡监测系统总体架构........................................................................17 3.3 主要监测设备的选择和功能......................................................................................19 3.3.1 主要监测设备选型............................................................................................19 3.3.2 监测中心及平台软件........................................................................................20 3.4 监测站的布置..............................................................................................................22 3.4.1 参考站的布置....................................................................................................22 3.4.2 监测站的布置...................................................................................................23 3.4.3 观测墩设计.......................................................................................................26 3.5 边坡监测数据分析.....................................................................................................26 3.5.1 采场端帮监测数据分析...................................................................................26 3.5.2 采场非工作帮监测数据分析...........................................................................28 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 II 3.5.3 外排土场边坡监测数据分析............................................................................30 3.5.4 小结....................................................................................................................33 4 露天矿边坡稳定性分析........................................................................................................34 4.1 岩土物理力学性质实验..............................................................................................34 4.1.1 土工试验............................................................................................................34 4.1.2 砂岩点荷载试验................................................................................................34 4.1.3 岩土体物理力学强度指标推荐值....................................................................36 4.2 影响露天矿边坡稳定性的主要因素分析..................................................................36 4.3 边坡稳定性分析..........................................................................................................37 4.3.1 边坡安全系数....................................................................................................37 4.3.2 端帮边坡稳定性计算........................................................................................38 4.3.3 非工作帮边坡稳定性计算...............................................................................39 4.3.4 外排土场边坡稳定性计算...............................................................................40 4.3.5 现状边坡稳定性分析结论...............................................................................41 4.4 西湾露天煤矿边坡安全级别划分.............................................................................42 5 边坡参数优化........................................................................................................................44 5.1 北端帮边坡角优化......................................................................................................44 5.2 南端帮边坡角优化.....................................................................................................45 5.3 边坡优化结论..............................................................................................................46 6 结论........................................................................................................................................47 致谢...........................................................................................................................................48 参考文献...................................................................................................................................49 万方数据 1 绪论 1 1 绪论 1.1 露天矿边坡变形监测与参数优化的背景与意义 1.1.1 露天矿边坡变形监测的背景和意义 露天矿边坡工程监测可提供坡体变化的定量数据， 主要可用来评价边坡的变形破坏 程度与边坡的稳定性， 并将定量数据与实际工程结合作为边坡变形预警和中长期预报的 主要依据。此外，对于边坡工程的治理坚持“以防为主，防治结合”的原则，做到防患于 未然，更需加强边坡工程监测，把边坡失稳破坏发现于未发生或仅处于萌芽状态期间， 以便及早预防与整治，达到事半功倍的良好效果。 露天矿边坡包括采场边坡和排土场边坡， 采场边坡是露天采场内由台阶平盘和台阶 坡面组成的总体，根据采场位置关系分为三种边坡工作帮边坡，由正在开采的台阶组 成，边坡走向与岩层层理走向平行，而边坡岩层和边坡倾向正好相反，露天矿的最大开 采深度即为工作帮的边坡高度[1]；端帮边坡，边坡与岩层层理的走向垂直，边坡的高度 与露天矿的采深成正比关系，端帮主要布置露天矿运输干线道路；非工作帮边坡，是由 已结束开采的台阶部分所组成[2]。土场边坡主要是由露天煤矿采场剥离物堆积而成，构 成排土场边坡的排弃物具有成分混杂、粒度不均、强度较低，且随着排土工程的推进而 经常变化的特点，排土场基底强度往往是排土场边坡稳定的决定性因素。 露天矿边坡的变形监测是边坡稳定性分析等相关研究与露天矿边坡工程中的一项 重要内容。通过对边坡的变形监测和稳定性分析，我们对边坡可能存在的不稳定区域进 行确定，预测可能发生滑坡类型，特别是对不稳定区域边坡的滑移面进行确定并对滑移 体在变形破坏的过程中滑移方向和滑移速率等相关数据进行采集， 从而为我们的研究和 边坡的预警预报提供可靠的基础数据[3]。接着利用边坡工程监测反馈的工程监测信息与 数据，进一步优化边坡角，确定安全合理的边坡角，同时指导露天煤矿采掘生产以及边 坡工程的维护与管理，做到信息化设计、信息化施工、信息化管理，达到消除边坡工程 安全隐患， 避免或减少边坡工程安全事故， 确保露天煤矿的安全生产。 其主要目的如下 （1）为了保证工程施工和运行的安全，提供全矿区边坡发展趋势的信息，以保证 作业人员及设备的安全； （2）评价边坡理论分析结果和经验判断成果的依据，是修改露天矿边坡设计和指 导施工的客观标准； （3）为工程岩土体力学参数的反演分析提供资料； （4）为掌握边坡变形特征和规律提供资料，以识别不稳定边坡的变形和潜在破坏 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 2 的机制及其影响范围，以制定防灾、减灾措施[4]； （5）为分析岩体结构与边坡变形破坏的关系，预测边坡变形破坏趋势，评价边坡 的长期稳定性提供条件； （6）参与并提出处理潜在滑体的防治方案，为方案的实施提供安全监测，并对处 理效果提出评价。 研究露天矿边坡的变形过程和稳定性分析等问题，一般要建立地面变形观测站，定 期进行边坡变形监测，以便于我们分析在不同工程地质、岩性结构、水文和实际采矿工 程等条件下的边坡变形规律。 那么露天矿边坡变形监测的主要任务，则是包括以下四个方面 （1）边坡岩体上的不同点在空间的移动及其移动过程； （2）滑移体的形状、方向和滑移规模； （3）滑移面的形状、倾角、深度和位置； （4）边坡岩体移动对实际工程和边坡上各种建筑物造成的危害程度[5]。 因此，露天矿边坡的变形监测需从三维空间来研究滑移体的运动特征、滑床形态、 滑移体的变形破坏方式与破坏程度。 1.1.2 参数优化的意义 露天矿边坡是一种临时性或永久性边坡， 它不允许发生造成人员伤亡或重大经济损 失[6]，其特点是工程的规模比较大、影响因素众多、边坡会随着露天矿生产动态变化、 边坡整体的稳定性与局部稳定性相互影响。 在实际工程中，在露天矿边坡的暴露到被掩埋这一动态过程中，我们可以利用端帮 边坡的时效性，控制边坡的暴露面积和暴露时间，对边坡角进行优化，达到采出部分端 帮压煤的目的，以此提高露天矿的经济效益。 1.2 国内外边坡变形监测的现状 露天矿边坡工程的监测一般包括边坡变形监测、巡视监测、应力监测、爆破振动监 测、地下水监测与其它监测等，其中边坡的变形监测由地表变形监测和地下变形监测等 组成，而地表变形监测则包括地表位移监测、地表隆起变形监测、地表裂缝监测等几种 监测方法[7]。 露天矿采场的边坡工程监测范围一般包括露天矿采场的边坡体与采场地表境界线 以外的影响区。示意图见图 1.1。 万方数据 1 绪论 3 图 1.1 采场边坡工程监测范围示意图 露天煤矿排土场边坡工程监测范围一般包括排弃物堆积边坡、 排土场边坡坡顶及坡 脚影响区。示意图见图 1.2。 图 1.2 排土场边坡工程监测范围示意图 目前，国内外边坡变形监测主要的方法有地表大地测量（测距仪、全站仪、水准 仪、经纬仪等） 、深部（地下）岩体变形动态观测及监测（钻孔倾斜仪、多点位移计、 声发射监测仪） 、地下水压（或降雨量）观测及监测（水压监测仪、雨量计） ，应力监测 （锚索测力计） 、GPS/BD2 测量技术、三维激光监测技术、合成孔径雷达干涉测量、数 字摄影测量、光纤传感监测技术、微震监测技术、卫星监测等。在边坡监测方面，国内 外学者做了大量的研究探索， 并取得了一系列重要的成果。 特别是有诸如链子崖、 新滩、 黄蜡石等滑坡的成功预测预报。 边坡安全监测已被规定为重要工程边坡设计和施工的重 要环节，在对安全监测的内涵和对工程意义的理解和认识更加全面、深入；关于数据的 智能处理与数据的动态管理方法，如何进行实时监测、并能进行及时可靠的预警和中长 期的预测，这些都将成为监测仪器的未来发展方向；变形监测和安全监测的尺度更大、 范围更广，数字摄影、GPS/BD2、光纤传感技术、GIS 和 INSAR 等新的监测技术手段 在边坡监测中不断推广应用等方面，边坡安全监测开始全面飞速发展。这些方法为露天 煤矿边坡大变形时空监测提供有效的技术支撑和监测手段[8]。 随着观测仪器和观测方法的进步，边坡的地表变形监测技术正在迅速发展，由过去 的人工皮尺裂缝的简易观测过渡到仪器监测，现在又正在向自动化、高精度及远程系统 发展，逐渐出现了大地测量法。这种方法的发展是与高精度的光学及光电仪器的出现紧 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 4 密相关的， 并且随着技术的发展， 方法也在逐渐成熟的。 同时由于监测仪器的发展， GPS （或 BD2）测量与近景摄影测量也正在迅速应用到边坡监测工程中。近年来，伴随着电 子技术和计算机技术的飞速发展，声发射方法、时域反射法、光时域反射法等现代技术 也正被应用在边坡监测工程之中；同时，基于网络的飞速发展，为满足边坡监测工程的 需要，边坡的现代监测方法也正在向着远程网络监控发展[9]。 目前，边坡变形监测中常用的监测仪器主要有 GNSS、全站仪、测距仪、裂缝计、 经纬仪、水准仪等。其中经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪是传统的测量仪器，这些传 统测量仪器在用于边坡变形监测的过程中，受地形条件与环境气候的影响比较大，而且 测量的效率和精度都不高，很难满足实际工程的需要。随着监测技术的提高，这些常规 监测仪器则向着自动化、高精度、远距离测量等目标进行着发展与改进，以适应现在工 程监测要求。同时也出现了其它的先进监测技术应用到边坡的变形监测中，其中以光纤 测试技术、GNSS、声发射监测仪为代表的现代信息和监测技术，利用高性能智能传感 组件、无线传输网络和信号采集系统，采用多参量、多传感组件最为突出，其使用数据 智能处理与数据动态管理方法，在实时监测、及时预警和可靠性预测等方面有着非常大 的优势，而这些现代技术的特点则代表了现代监测技术的发展趋势[10-14]。 1.3 露天矿边坡稳定性分析方法 从自然的角度来说，边坡的变形、失稳是边坡为求得稳定状态所产生的自然调整过 程；而使得边坡趋于稳定的主要原因一般是自然原因或者人类活动作用而成。在自然界 中，能引起岩土体滑坡的因素非常多，且造成滑坡的机理非常复杂，但主要还是由以下 六个成因产生 （1）滑坡面上不稳定岩土体受到重力或者地震力的荷载作用，使得岩土体的抗滑 力急剧减少，从而引起滑坡。 （2）岩层完整性和连接力被地表的断层切割，从而形成临空面，随着变形的加剧 与内应力松弛产生的变化，引起岩土层临空面的崩滑并释放能量。 （3）地下水活动或地表水渗透岩层裂隙或土层孔隙，削弱了岩层结构体的稳定性 并导致岩土体在地心引力的作用下产生滑坡。 （4）当破碎岩层或结构面复杂的岩层当其产状较陡（≥30）时，因坡脚被破坏从 而引起滑坡。 （5）在地表河流侵蚀造成陡峭山崖或冲洪积层的自然条件下，内摩擦力被削弱到 临界状态时将会产生滑坡。 （6）不合理的人类活动和工程活动与对自然界的过度改造使得原有自然边坡的应 力场与岩体结构发生改变，使得山体斜坡变形、位移以及开裂，并导致了大量的含水、 导水裂隙贯通从而产生滑坡。 万方数据 1 绪论 5 总之， 造成滑坡灾害这一现象的共同特征都是处在不稳定状态下的岩土体主要受重 力或地震力或水体活动的激发，从而导致失去平衡并产生沿滑动面的突发性破坏。从力 学角度来说，这是地质体动静力学失稳破坏的效应[15-19]。 目前关于边坡稳定性问题的分析方法，我们可简单概括为三种 （1）自然历史分析 法； （2）工程地质比拟法； （3）力学分析法。前两种分析方法经常应用在工程实践中， 它们属于定性的分析方法。而力学分析法是属于可以定量分析的确定性分析方法，主要 的计算方法有极限平衡法和数值分析法[20]。 此外，还有新的边坡稳定性分析方法，如模糊综合评价法、可靠度分析法、人工神 经网络分析法等不确定性分析方法[21]。 本论文采用方法的是使用极限平衡理论进行分析， 以保证对滑坡机理的研究的可靠 性和深入性。 极限平衡理论是经典的确定性分析方法， 所以有很多派生的边坡稳定性分析方法都 是建立在极限平衡理论的基础上，并且通常都采用刚体极限平衡法[22]。极限平衡法的最 基本原理是（如图 1.1） i - 1 A αi 4 3 21 0 D Qi Ni Ti O 7 5 9 8 B 图 3 滑 坡 分 析 示 意 图 图 1.1 边坡极限平衡分析 （1）假设边坡由均匀介质构成，抗剪强度服从库仑准则 f ctg（1.1） 其中c 为介质的粘结力；Φ为介质的内摩擦角，σ为剪切面的法向应力。 （2）假设可能发生的滑动破坏面为圆弧形，对每个圆弧所对应的安全系数进行计 算，其中最小的为最危险滑动面。 （3）将滑动体分为 N 个垂直条块，假设每条块间不存在相互作用力。 （4）根据圆弧面上水平力平衡或者力矩平衡确定（以下是力平衡） 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 6 1 1 n iii ir n o ii i cLtgw cos M F M w sin        剪切面上的抗滑力矩 滑移力矩 （1.2） 其中，L 为剪切面弧长，wi为每条块重量，αi为第 i 条块的剪切面与水平夹角。 该方法被称为瑞典条分法，是极限平衡分析的最基本方法，在 1912 年由瑞典人彼 得森提出。瑞典条分法具有模型简单、计算公式简捷、能考虑各种加载形式、可以解决 各种复杂剖面形状的优点， 在工程实践中得到了广泛的应用。 随后出现起来的毕肖普法、 克瑞法、剪布法等方法，都是在瑞典条分法的基础上，引入了条块间的相互作用力之后 发展得来[23]。 1.4 论文研究的主要内容 （1）根据西湾露天矿的工程地质条件和开采工艺，通过技术比较和研究，确定露 天矿采场和排土场边坡地表变形监测的方案； （2）研究确定西湾露天矿边坡地表变形监测系统的总体框架，选择合适的主要监 测设备和分析软件平台，根据西湾露天矿的实际，确定建设期和生产期边坡变形监测站 的布设； （3）依据岩土物理力学实验结果，确定合理并符合工程实际的岩土工程力学计算 参数，运用极限平衡法，选取典型的边坡地质剖面，进行露天矿采场工作帮、端帮、非 工作帮以及外排土场边坡的稳定性分析，从而划分出西湾露天矿采场工作帮、端帮、非 工作帮以及外排土场边坡的安全级别和安全系数区间； （4）研究得到合理的边坡角范围，优化西湾露天矿采场和外排土场边坡角设计， 分析优化设计的可靠性、经济性和适应性[24]。 万方数据 2 西湾露天矿工程概况 7 2 西湾露天矿工程概况 2.1 研究区概况 西湾露天煤矿是陕北侏罗纪煤田榆神矿区一座特大型露天开采的煤矿， 位于陕西省 榆林市榆阳区的东北部、神木县的西南部，南距榆林市约 65km，距西安市约 734km， 北距神木县约 61km，距包头市约 349km。 西湾露天煤矿地处陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘。大部分地域被第四系风 积半固定沙丘和固定沙丘所覆盖， 以风沙滩地地貌为主。 地势较平坦， 总体呈南高北低、 西高东低，最高点位于南部边界附近，海拔标高 1270m，最低点位于方家畔沟谷中，海 拔标高 1133m，最大高差 137m 左右，北部海拔标高一般为 1180m 左右，南部海拔标高 一般为 1220m 左右。 本区地处我国西北部内陆， 为典型的中温带半干旱大陆性气候。 冬、 春季受蒙古寒流影响，雨水稀少，气候干燥寒冷，西北季风盛行，是主要风沙期；夏、 秋季雨量集中，气候温和，多东南风。全年降水量分布极不均匀，雨季多集中在 7 月～ 9 月份，占年降水量的 66。每年 11 月至次年 3 月为冰冻期[25]。 据陕西省地震志记载，1448 年以来本区共发生地震 8 次，其中 4 级以上 7 次， 5 级以上 1 次。近百年来本区及邻近地区未发生过烈度大于 2.5 度的地震。根据中国地 震局 1990 年发布的中国地震烈度区划图 ，本区地震烈度为Ⅵ度。 2.2 工程地质特征 西湾露天矿区地层由老至新依分述如下[26] （1）侏罗系中统延安组（J2y） 延安组是西湾露天矿的含煤地层，厚度陆源碎屑沉积，其岩性主要为灰白色浅灰 白色中细粒长石石英砂岩、灰色粉砂岩、砂质泥岩，炭质泥岩含量较少。延安组地层厚 度 61.50m～115.82m。 （2）侏罗系中统直罗组（J2z） 直罗组是河流湖泊体系沉积物，其岩性主要为紫杂色、灰绿色泥岩、粉砂岩，夹 中、细粒长石石英砂岩,残留厚度 12.28m～32.45m。 （3）新近系上新统保德组（N2b） 该组地层基本全区分布，其岩性主要为浅红色、棕红色粉质粘土，含小个体的钙质 结核，局部富集成层。保德组厚度为一般 45m 左右。 （4）第四系中更新统离石组（Q2l） 该地层主要出露于露天矿区南部，地层厚度 0m～20.44m，岩性以灰黄色、棕黄色 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 8 亚粘土为主， 夹亚砂土， 其中夹多层古土壤层， 含大小不等形态各异的分散状钙质结核。 （5）第四系上更新统萨拉乌苏组（Q3s） 该地层主要分布于露天矿区中部,岩性上部主要为青灰色、 黑灰色粉砂、 细砂含有机 质，泥钙质胶结，半固结，区内地层厚度 0m～53.13m，一般 10m～25m 左右。 （6）第四系全新统风积沙和冲积层（Q4eol） 冲积层主要分布于露天矿区东南部，厚度 0m～10.32m，一般 3.5m 左右。岩性以 灰黄色、灰褐色细砂、粉砂、亚砂土和亚粘土为主，含有少量腐植土，底部多含有砾石 层。 风积砂层在露天矿区广泛分布，主要以固定沙平地、半固定沙丘等形式覆盖于其 它地层之上。岩性主要为浅黄色、褐黄色中砂、细砂、粉砂，成分以石英为主，厚度变 化较大，厚度 0m～18.90m，一般 5m 左右。 2.3 水文地质条件 2.3.1 地表水 西湾露天矿区属黄河一级支流秃尾河流域， 区内主要地表水系有白瑶则沟及红崖沟， 均排泄第四系萨拉乌苏组潜水。 白瑶则沟位于矿田的偏南部， 全长流程约 3.25km， 是由上游的田家沟及尚家沟在区 内的上方家畔处汇流而成的，并由西向东流出区外进入红柳沟，河流量为 6200m 3/d，属 长年性沟流。 红崖沟地处于矿田的南边界旁，发源地为区外的东清水河和西清水河。红崖沟由西 南而东北向自流，流量随季节变化，平均流量为 17300m 3/d，属长年性沟流，并在区外 的小河岔附近与白瑶则沟汇流入红柳沟。此外，地表水系还有野鸡河，野鸡河主要是排 泄萨拉乌苏组潜水，已经干涸消失。 2.3.2 含（隔）水层水文地质特征 按地下水赋存条件及水力特征， 将矿区含 （隔） 水层划分为新生界松散层孔隙潜水、 中生界碎屑岩裂隙承压水和烧变岩裂隙孔洞潜水三大类，简述如下[27] （1）全新统冲积层孔隙潜水。区内呈条带状分布于白瑶则沟及红崖沟的阶地中。 岩性以粉砂土、细砂及中沙为主，厚度 2m～10m 不等,单位涌水量 0.06038L/sm，渗透 系数 0.833m/d，富水性弱。 （2）上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水。广泛分布，多被风积沙掩盖，并以滩地形式 出露。含水岩性主要为黄褐色中、细砂，其结构疏松、孔隙率大，极易接受大气降水补 给，该含水层水位埋深较浅，一般 0.9m～5m。区内有泉水涌出，清澈透明，水化学类 万方数据 2 西湾露天矿工程概况 9 型为 HCO3-CaMg 型，矿化度 0.218g/l，村民作为生活饮用水[28]。 （3）第四系中更新统离石黄土及第三系红土隔水层。离石黄土呈棕黄色，以亚粘 土为主，含钙质结核，具柱状节理。厚度为 0m～26.77m，该层含水微弱，透水性差， 为弱透水层。新近系红土基本全区分布，大部地区平均厚度约 45m 左右，岩性以棕红色 粘土、亚粘土为主，大部分地段底部含钙质结核层，总体含水性极差，塑性大，是区内 主要相对良好的隔水层。 （4）中侏罗统延安组裂隙承压水。延安组为本区的含煤地层，含水层岩性为灰白 色中、 粗、细粒砂岩，结构较致密，裂隙不发育，渗透性能较差，单位涌水量 0.0042 L/sm～0.0231L/sm，渗透系数 0.0209 m/d～0.1414m/d。 （5） 烧变岩裂隙孔洞潜水。2-2煤自燃边界呈不规则形南北向延伸分布于矿田东部， 火烧区面积约 22.6km2。岩石经煤层自然烘烤后，其原有的颜色及物理力学性质发生了 变化，岩石烧变后其颜色多呈砖红色、棕红色、褐红色，裂隙呈网状发育，结构松散， 整体性差，为地下水的储存及运移提供了良好的条件。含水层厚度 32.44m～50.31m， 单位涌水量 9.217L/s.m～16.338L/s.m， 渗透系数 28.27m/d～28.29m/d， 烧变岩富水性强， 在平面空间状态存在不均匀性， 2-2煤火烧岩底板最低处其静储量大，动储量受补给条件 控制[29]。 综上所述矿田内的主要含水层为萨拉乌苏组含水层、风化基岩裂隙承压水含水层 及烧变岩孔洞裂隙潜水含水层。 2.3.3 地下水的补、迳、排条件 大气降水和西境外潜水是本区地下水主要补给源。根据地形地貌和补、迳、排条件 不同，以李家梁和阎家梁分水岭为界，可将露天矿区分为南北两个水文单元。松散砂层 接受大气降水和来自西境外的潜水补给后，向低处运移，补给烧变岩潜水[30]。 风化岩裂隙承压含水层，自红土“天窗”接受沙层潜水补给后，向东潜流补给烧变岩 孔洞裂隙潜水层。 烧变岩孔洞裂隙潜水向东运移， 在清水沟泉群处排泄， 形成地表径流， 汇入清水沟。 露天矿区 2-2煤层的直接充水含水层是萨拉乌苏组沙层潜水、风化岩裂隙承压水， 前者富水性中等，后者富水性弱，易于排疏。相对隔水层为保德组红土，红土在区内连 续分布[31]。 2.4 露天矿开采现状 西湾矿田面积为 73.47km2，东西宽约为 4.1km，南北长约为 18km。地质储量为 681.745Mt，可采原煤量为 691.866Mt，原煤平均剥采比 8.287m3/t。西湾露天煤矿的设 计生产能力为原煤 10.00Mt/a，设计服务年限为 62.9 年[32]。 万方数据 西安科技大学硕士学位论文 10 西湾露天煤矿采场位于露天矿首采区东部，采用沿煤层走向拉沟，倾向推进的开采 方式。开采工艺采用单斗卡车开采工艺，目前采场剥离运输系统采用西南、东北帮 半固定坑线与中部临时运输通道组成形式。西湾露天矿地貌生产系统见图 2-1。 图 2-1 西湾露天矿地面生产系 截至 2016 年 6 月底，采场地表台阶走向长度 1600m，南端帮地表宽 800m，北端帮 地表宽 500m，采场占地面积为 1.09km2，采深约 60m。现已形成 6 个剥离台阶，剥离台 阶采取水平划分的方式，标准剥离台阶高度为 10m。非工作帮设计整体边坡角 24。西 湾露天矿采场见图 2-2。 图 2-2 西湾露天矿采场图 目前非工作帮暴露高度 50m～70m，整体边坡角 24～32；南端帮暴露高度 50m， 整体边坡角 17；北端帮暴露高度 35m，整体边坡角 12。坡体岩性以上部松散沙层， 中部棕红色粉质粘土为主，下部初见砂岩。整体边坡稳定性状态良好，只有部分位置坡 体在风化剥蚀作用下出现局部台阶垮塌情况， 边坡粉质粘土层及下部砂岩层局部位置出 水。 万方数据 2 西湾露天矿工程概况 11 外排土场位于采场东南，占地面积约 1.97km，东西长 1030m，南北宽 1940m，设 计排弃高度 60m，边坡角 11～20。外排土场现有三个排弃水平，分别为1180 水平、 1200 水平、1220 水平，台阶高度 20m，整体边坡角 4～7