壓腳回填技術(shù)在邊坡變形治理中的應(yīng)用

王孝亮，張 托，韓 猛

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

壓腳回填技術(shù)在邊坡變形治理中的應(yīng)用

王孝亮，張 托，韓 猛

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

以我國(guó)蒙東地區(qū)某露天煤礦邊坡變形實(shí)例為基礎(chǔ)，分析了邊坡變形原因及潛在滑坡模式，確定了內(nèi)排壓腳回填技術(shù)為邊坡變形治理的主要技術(shù)手段。通過(guò)建立工程地質(zhì)模型和邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，確定了最優(yōu)內(nèi)排壓腳回填高度為24 m，并對(duì)非工作幫邊坡裂縫及內(nèi)排554平盤(pán)進(jìn)行平整與壓實(shí)，最終將邊坡變形速度控制在安全可控范圍內(nèi)，及時(shí)地實(shí)現(xiàn)了露天礦生產(chǎn)接續(xù)，避免了滑坡災(zāi)害的發(fā)生，保障了邊坡穩(wěn)定與安全。

內(nèi)排壓腳；邊坡治理；邊坡穩(wěn)定性；回填高度

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，能源消費(fèi)也隨之迅速增長(zhǎng)。大型露天煤礦開(kāi)采規(guī)模越來(lái)越大，露天采場(chǎng)邊坡暴露出的問(wèn)題也在不斷增加。邊坡穩(wěn)定是影響露天礦開(kāi)采的重要因素，因邊坡失穩(wěn)造成的地質(zhì)災(zāi)害不僅僅會(huì)影響正常的采礦作業(yè)，甚至威脅人員和設(shè)備的安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，壓腳回填技術(shù)在露天煤礦邊坡變形防治中應(yīng)用廣泛，在邊坡底部回填物料不僅能夠有效地控制上覆巖體的運(yùn)動(dòng)，保障邊坡穩(wěn)定與安全，還有利于露天煤礦實(shí)現(xiàn)采排一體化，提高煤炭資源采出效率[1-4]。

1 工程實(shí)例

2015年4月我國(guó)內(nèi)蒙古蒙東地區(qū)某露天煤礦非工作幫邊坡及內(nèi)排土場(chǎng)出現(xiàn)大規(guī)模變形，非工作幫邊坡產(chǎn)生眾多沿走向方向的裂縫，裂縫寬度0.1～1.5 m，長(zhǎng)度200～600 m不等，內(nèi)排土場(chǎng)底部平盤(pán)554水平產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。根據(jù)邊坡位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，期間邊坡最大水平位移速度達(dá)461 mm/d，最大沉降速度達(dá)83 mm/d，邊坡水平位移距離約7.8 m，邊坡沉降量為2.6 m，內(nèi)排土場(chǎng)底部554平盤(pán)抬升高度最高約4 m，該礦于4月底暫停了開(kāi)采工作，非工作幫邊坡位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖1所示。

2 邊坡變形治理方案

2.1 變形原因分析

結(jié)合露天礦邊坡變形現(xiàn)狀及工程地質(zhì)勘查成果資料，分析認(rèn)為本次邊坡變形原因主要有以下3個(gè)方面[5-6]：

圖1 邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線

1）內(nèi)排物料巖體強(qiáng)度低。內(nèi)排土場(chǎng)排棄物料主要由松散巖體構(gòu)成，這些松散巖體是由原采場(chǎng)巖土體在破碎后經(jīng)排棄而組成的混合巖體，采場(chǎng)巖石經(jīng)破碎而又重筑后改變了原有的物理力學(xué)性質(zhì)，巖體結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)強(qiáng)度低，在上部荷載作用下易發(fā)生位移變形及底鼓現(xiàn)象。

2）結(jié)構(gòu)面特征顯著。內(nèi)排土場(chǎng)底板巖層主要為泥巖及炭質(zhì)泥巖，巖石強(qiáng)度為軟巖～極軟巖，單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)=3～8 MPa，粘聚力C=2.5～6.5 kPa，內(nèi)摩擦角φ=7.8°～9.2°，為弱層結(jié)構(gòu)。巖石顆粒膠結(jié)性能差，吸水后體積容易膨脹，使上部非工作幫邊坡及內(nèi)排土場(chǎng)易沿著底板泥巖弱層位置向底部滑動(dòng)，上部非工作幫邊坡在拉張應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫，內(nèi)排土場(chǎng)底部在上部荷載作用下產(chǎn)生底鼓，極大地影響了邊坡的穩(wěn)定性。

3）凍融弱化巖土體結(jié)構(gòu)。受季節(jié)性凍融循環(huán)影響，巖土體含水量與巖體強(qiáng)度的變化顯著，凍融循環(huán)使排土場(chǎng)的巖土體結(jié)構(gòu)性得到顯著的弱化。冬季氣溫寒冷，邊坡受雨雪影響產(chǎn)生凍結(jié)，巖體裂隙因水的凍結(jié)增大了其體積，結(jié)果導(dǎo)致現(xiàn)存裂隙的加寬，并產(chǎn)生新的裂隙，降低了巖土體的粘聚力。4月份開(kāi)始?xì)鉁刂饾u升高，冰雪融化，凍結(jié)作用逐步消失，邊坡巖體含水量逐漸增加，降低了巖體之間相互作用力，軟化了內(nèi)排土場(chǎng)底板泥巖，加速了邊坡變形作用，使得邊坡穩(wěn)定性逐漸變差。

2.2 壓腳回填方案

根據(jù)邊坡變形實(shí)際情況及變形原因分析，認(rèn)為潛在邊坡變形破壞模式為坐落滑移式，確立了內(nèi)排壓腳回填技術(shù)為本次邊坡治理的主要應(yīng)用技術(shù)手段[7-10]。通過(guò)建立工程地質(zhì)模型及邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，得出內(nèi)排554平盤(pán)在增加不同內(nèi)排壓腳高度下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，最終確定合理地內(nèi)排壓腳回填高度，并計(jì)算出內(nèi)排壓腳回填土方量。因內(nèi)排土場(chǎng)設(shè)計(jì)臺(tái)階高度為12 m，因此計(jì)算了內(nèi)排壓腳增高高度為12 m、24 m和36 m時(shí)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，工程地質(zhì)模型如圖2，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2 工程地質(zhì)模型

表1 不同內(nèi)排壓腳高度下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)

根據(jù)上表1的計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)內(nèi)排壓腳增加高度為0 m時(shí)，即現(xiàn)狀邊坡條件下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.027，此時(shí)邊坡處于臨界邊緣狀態(tài)，邊坡出現(xiàn)了位移變形，產(chǎn)生了裂縫與底鼓，下一步很可能將產(chǎn)生滑坡。當(dāng)內(nèi)排壓腳增加高度為12 m時(shí)，此時(shí)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.136，不滿足非工作幫邊坡安全儲(chǔ)備系數(shù)1.2的要求。當(dāng)內(nèi)排壓腳增加高度為24 m時(shí)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.205，剛好滿足邊坡安全儲(chǔ)備系數(shù)1.2的要求，此時(shí)內(nèi)排壓腳土方量為28×104m3。當(dāng)內(nèi)排壓腳增加高度為36 m時(shí)，因壓腳土方量過(guò)大將對(duì)后續(xù)底部煤層開(kāi)采帶來(lái)安全隱患，故不宜采用。

因此，最終確定了內(nèi)排壓腳回填高度為24 m，即將原有554平盤(pán)增高至578平盤(pán)，平盤(pán)寬度保持不變，所需內(nèi)排壓方量為28×104m3，內(nèi)排壓腳回填物料選取采場(chǎng)剝離出的松散巖土體，并對(duì)平盤(pán)表面充分碾壓充實(shí)。同時(shí)將非工作幫邊坡上出現(xiàn)的裂縫用較松散的巖土物料填埋，然后碾壓平整充實(shí)，防止地表雨水入滲以降低邊坡的穩(wěn)定性。

3 邊坡變形治理效果分析

該礦于2015年4月底暫停了煤層開(kāi)采工作，內(nèi)排壓腳回填方案于4月29日開(kāi)始實(shí)施，于5月10日完成了回填工作，期間還完成了非工作幫邊坡裂縫平整工作，共歷時(shí)12 d。內(nèi)排壓腳回填完畢后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到1.2以上，邊坡位移變形速度逐漸降低，于5月底水平位移速度降至60～70 mm/d，沉降速度降至 -10～-20 mm/d，并逐漸平穩(wěn)，邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。露天礦于6月初重新開(kāi)始了煤層開(kāi)采作業(yè)，邊坡變形速度一直處于安全可控范圍內(nèi)，未出現(xiàn)變形加速情況，內(nèi)排壓腳回填方案實(shí)施效果良好，邊坡變形治理效果顯著。

圖3 內(nèi)排壓腳回填后邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線

4 結(jié) 論

結(jié)合邊坡變形實(shí)際情況，通過(guò)邊坡變形原因及位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，判定了潛在邊坡變形破壞模式為坐落滑移式，確定了內(nèi)排壓腳回填技術(shù)為邊坡變形治理的主要技術(shù)手段。通過(guò)建立工程地質(zhì)模型及邊坡穩(wěn)定性數(shù)值計(jì)算，確定了內(nèi)排554平盤(pán)最優(yōu)壓腳回填高度為24 m，回填土方量為28×104m3，回填后的邊坡穩(wěn)定系數(shù)將達(dá)到1.2以上，同時(shí)對(duì)非工作幫邊坡出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行了平整與壓實(shí)。內(nèi)排壓腳回填方案實(shí)施完畢后，邊坡水平方向變形速度從461 mm/d降至60～70 mm/d，沉降速度從-83 mm/d降至 -10～-20 mm/d，并逐漸趨于穩(wěn)定，邊坡變形治理效果良好，避免了滑坡事故的發(fā)生，未造成人員與設(shè)備損失，及時(shí)地為露天礦采礦作業(yè)接續(xù)創(chuàng)造了有利條件。

［1］ 王建國(guó)，王振偉，王來(lái)貴，等．受控于軟弱結(jié)構(gòu)面的礦山軟巖邊坡穩(wěn)定性［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（5）：686-688.

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［5］ 鞠興軍，李林.寶日希勒露天礦采場(chǎng)西幫滑坡區(qū)治理措施研究［J］.露天采礦技術(shù)，2009（5）：17-19.

［6］ 唐文亮，彭洪閣，馬力，等.露天礦內(nèi)排土場(chǎng)滑坡成因及治理措施研究［J］.煤炭技術(shù)，2016，35（8）：166-168.

［7］ 張志平.內(nèi)排土壓腳回填技術(shù)在安家?guī)X露井聯(lián)采中應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38（1）：20-23.

［8］ 王振偉.內(nèi)排及削坡對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)分析［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2014，29（2）：163-171.

［9］ 黃立明.邊坡回填壓腳治理措施的穩(wěn)定性計(jì)算方法研究［D］.南京大學(xué)，2015.

［10］ 侯殿昆，曹蘭柱，賈蘭.內(nèi)排壓腳合理追蹤距離的確定［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版)，2009，28（2）：192-194.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Application of backfilling technique in slope deformation treatment

WANG Xiaoliang,ZHANG Tuo,HAN Meng
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

Based on the slope deformation of the open-pit coal mine in Inner Mongolia,the article analyzes the reason of slope deformation and the potential slide mode,determines that the inner dumping backfilling technique is the main technical means. Through the establishment of engineering geological model and the slope stability calculation,the mine determines that the height of inner dumping backfilling is 24 m,and compacts the slope cracks of non-working slope and inner dumping 554 flat pan.At last,the speed of slope deformation is to be within acceptable limits,which achieves the continuous production of open-pit time and ensures the slope stability and security.

inner dumping;slope treatment;slope stability;height of backfilling

TD824.7+2

B

1671－9816（2017）04－0004－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.002

王孝亮，張托，韓猛.壓腳回填技術(shù)在邊坡變形治理中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（4）：4-6.

2016-12-12

王孝亮（1990—），男，漢族，江西興國(guó)人，助理工程師，碩士，2014畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司露天分院，從事邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與研究工作。