平朔東露天礦邊坡系統(tǒng)安全管理

劉果

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西朔州036006）

安全與環(huán)保

平朔東露天礦邊坡系統(tǒng)安全管理

劉果

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西朔州036006）

通過分析東露天礦南北兩端幫、工作幫以及內(nèi)外排土場邊坡穩(wěn)定性，評價(jià)目前礦坑整體邊坡穩(wěn)定水平，對處于基本穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行警示，為在生產(chǎn)中做好邊坡巡視、邊坡監(jiān)測工作、優(yōu)化靠幫邊坡設(shè)計(jì)提供理論支持，確保露天礦邊坡穩(wěn)定。

露天礦；邊坡系統(tǒng)；安全管理

0 引言

平朔東露天礦位于山西省朔州市平魯區(qū)榆嶺鄉(xiāng)，在平魯區(qū)東北約10 km處，距朔州市28 km，設(shè)計(jì)原煤生產(chǎn)能力2 000萬t/a，2009年1月8日開工建設(shè)，基建期30個(gè)月，2015年達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力水平，主要可采煤層從上往下分別是4#、9#、11#煤，平均厚度為35 m，埋藏深度100～200 m，原煤類別主要以氣煤為主，含硫量為低到中硫，可作動(dòng)力用煤及民用煤。開采工藝為綜合工藝，表土采用外包（小型單斗-卡車間斷開采工藝），巖石采用單斗挖掘機(jī)-卡車間斷開采工藝，其中1290平盤上采用一套單斗挖掘機(jī)-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)半連續(xù)開采工藝，原煤采用單斗挖掘機(jī)-卡車-端幫半固定式破碎站-端幫帶式輸送機(jī)-運(yùn)輸大巷-選煤廠半連續(xù)工藝。單斗工藝剝離采用35、60 m3單斗挖掘機(jī)及17 m3前裝機(jī)，用172～290 t的自卸卡車運(yùn)輸。該工藝具有簡單可靠、機(jī)動(dòng)靈活、開采強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 邊坡系統(tǒng)概況

東露天礦邊坡系統(tǒng)分為礦坑邊坡系統(tǒng)和外排土場邊坡系統(tǒng)。礦坑邊坡系統(tǒng)包含工作幫邊坡、北端幫邊坡、南端幫邊坡、內(nèi)排土場邊坡。外排土場邊坡系統(tǒng)包含麻地溝排土場邊坡、東排土場邊坡、北排土場邊坡。工作幫中部、南部幫坡角達(dá)9°，北部榆嶺村底部區(qū)域4煤底板至地表1430平盤幫坡角度達(dá)15°，且該區(qū)域位于紅黏土層較厚區(qū)，是東露天礦4個(gè)不穩(wěn)定區(qū)之一，邊幫較陡有滑坡可能。北幫西部為東露天礦典型端幫，設(shè)計(jì)幫坡角度35°；北幫東部為1400平盤至1290平盤卡車出入溝邊坡，坡角緩，但2016年5月在該區(qū)1350—320平盤發(fā)生局部片幫，底部滑體長90 m，上部長40 m，滑體面積0.6萬m2，滑體量約3萬m3，該區(qū)域同樣位于東露天礦4個(gè)不穩(wěn)定區(qū)之一。南端幫設(shè)計(jì)幫坡角度35°，其中中部為穩(wěn)定區(qū)，西部和東部處于東露天礦不穩(wěn)定區(qū)域[2]，東部（非工作幫）已內(nèi)排壓幫，非工作幫2010年4月至2012年5月發(fā)生過3次大的滑坡，現(xiàn)已內(nèi)排壓幫至1400平盤，邊坡表現(xiàn)穩(wěn)定[3]。東露天礦不穩(wěn)定區(qū)范圍如圖1，各邊幫穩(wěn)定性分布云圖如圖2。

圖1 東露天礦不穩(wěn)定區(qū)范圍

圖2 東露天礦各邊幫穩(wěn)定性分布云圖

2 各邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 工作幫邊坡穩(wěn)定分析

工作幫西部為榆嶺村和磚井村大溝，溝底最底處標(biāo)高1 320 m，隨著地表開挖，上部平盤從1360平盤降低至1320平盤之前，工作幫邊坡均為穩(wěn)定性邊坡。但是工作幫北部為榆嶺村36戶陡幫開采區(qū)域，目前地表至4#煤底板坡度達(dá)15°，處于不穩(wěn)定區(qū)域二位置，存在邊坡滑坡危險(xiǎn)。根據(jù)山西冶金巖土工程勘察總公司、中勘冶金勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司提供的勘察結(jié)果，該區(qū)域紅黏土層平均厚度49.2 m，按照原設(shè)計(jì)1400、1380、1350平盤保留平盤寬度40 m，1390、1370平盤寬度10 m，臺(tái)階坡面角60°計(jì)算基巖至地表邊坡穩(wěn)定系數(shù)。用典型剖面用簡化Bishop法計(jì)算圓弧滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.01，折線滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.04。根據(jù)GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范露天煤礦邊坡安全系數(shù)的規(guī)定，以簡化Bishop法安全系數(shù)為基礎(chǔ)，邊坡穩(wěn)定性初步判別標(biāo)準(zhǔn)為：邊坡安全系數(shù)大于1.2，邊坡穩(wěn)定；邊坡安全系數(shù)在1.1～1.2，邊坡基本穩(wěn)定；邊坡安全系數(shù)小于1.10，邊坡不穩(wěn)定。工作幫北部不僅紅黏土層厚度大，土巖接觸面稍向內(nèi)傾，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。北部該區(qū)域紅黏土層及土巖接觸帶參數(shù)表見表1，工作幫北部典型剖面圖見圖3。

表1 工作幫北部區(qū)域土巖接觸帶參數(shù)

圖3 工作幫北部典型剖面圖

通過優(yōu)化邊幫參數(shù)，在基巖層上部平盤總體坡角23°～24°條件下，對紅黏土層以上臺(tái)階坡度進(jìn)行驗(yàn)算，紅黏土層坡角分別取45°、40°、35°，同樣剖面分析方法與巖土參數(shù)條件下計(jì)算，該剖面穩(wěn)定系數(shù)對比見表2[4]。

表2 不同紅粘土臺(tái)階坡角安全系數(shù)

目前工作幫北部松散層幫坡角度達(dá)到60°，臺(tái)階坡度為60°，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要加強(qiáng)此處邊坡監(jiān)測，時(shí)時(shí)關(guān)注坡頂裂縫發(fā)育和平盤底鼓情況。

2.2 北端幫邊坡穩(wěn)定分析

北幫東部2016年5月在1350—1320平盤發(fā)生局部片幫，應(yīng)證了不穩(wěn)定區(qū)一為邊坡不穩(wěn)區(qū)，該片幫區(qū)域?yàn)?401機(jī)道1310—1330段上部，如果發(fā)生大面積滑坡將中斷半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)，后果不堪設(shè)想，故應(yīng)盡快分析片幫原因，啟動(dòng)治理方案。在紅黏土坡角60°下，用典型剖面用簡化Bishop法計(jì)算圓弧滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.97，折線滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.92。當(dāng)紅黏土坡角45°時(shí)，此處典型剖面圓弧滑坡穩(wěn)定系數(shù)1.07，折線滑坡1.01，同樣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)紅黏土坡角40°時(shí)，此處典型剖面圓弧滑坡穩(wěn)定系數(shù)1.12，折線滑坡1.15，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)紅黏土坡角35°時(shí)，此處典型剖面圓弧滑坡穩(wěn)定系數(shù)1.19，折線滑坡穩(wěn)定系數(shù)1.19，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。考慮片幫區(qū)為已靠界區(qū)，治理方案應(yīng)優(yōu)先以“緩坡”方式進(jìn)行，按照1320、1330、1340、1350 4個(gè)平盤清理滑體，對1350平盤削坡，坡頂為1360平盤運(yùn)輸干道邊緣，臺(tái)階坡角為35°，從而提高片幫區(qū)域邊坡穩(wěn)定性。需要注意的是該區(qū)位于北幫陷落柱邊緣土巖交界處，陷落柱邊緣巖體較破碎，且該區(qū)域邊坡暴露時(shí)間已達(dá)6年以上，在外界物理化學(xué)環(huán)境（降雨、風(fēng)化等）影響下，造成巖土物理力學(xué)性質(zhì)弱化。治理期間應(yīng)封閉該片幫區(qū)域，防止人員、車輛進(jìn)入；在治理過程中盡可能減小對邊坡的擾動(dòng)，加強(qiáng)邊坡監(jiān)測，完善數(shù)據(jù)分析和預(yù)測預(yù)報(bào)。

2.3 南端幫邊坡穩(wěn)定分析

南幫邊坡含有2個(gè)不穩(wěn)定區(qū)，東部不穩(wěn)定區(qū)已實(shí)現(xiàn)內(nèi)排壓幫，西部不穩(wěn)定區(qū)2014年5月發(fā)生大規(guī)?；?，滑坡體涵蓋1350—1420平盤，導(dǎo)致下部1380平盤道路無法使用，1350平盤無法按計(jì)劃靠界作業(yè)，極大威脅礦坑安全生產(chǎn)生產(chǎn)。2014年9月，在上次治理完成4個(gè)月后，該區(qū)域滑體進(jìn)一步產(chǎn)生變形，同時(shí)在2014年10月及2014年12月滑坡區(qū)下方1320平盤發(fā)生2次巖層臺(tái)階局部片幫，導(dǎo)致內(nèi)排1320干道無法通行，卡車需要繞排1350平盤和4煤底板平盤，給生產(chǎn)組織帶來不利影響?；聟^(qū)域位于圖1中不穩(wěn)定區(qū)四，該區(qū)紅黏土層平均厚度28.5 m，滑坡前典型剖面圖圓弧滑坡安全系數(shù)為1.07，折線滑坡安全系數(shù)為1.07，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在邊坡治理過程中，在1 356 m高程處發(fā)現(xiàn)軟弱層-綠色軟狀土體，引起邊坡蠕動(dòng)變形破壞，威脅邊坡穩(wěn)定[5-6]。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際確定最終治理方案為1350平盤到地表保留1350、1380、1400 3個(gè)平盤，1400平盤寬度21 m，邊坡角35°；1380平盤寬度91 m，邊坡角35°，1380平盤外側(cè)10 m用巖石物料排棄；1350平盤寬度150 m，邊坡角40°，在采掘底部9#煤時(shí)，采用“先采后墊”的方案，提前將新9#煤破碎口東側(cè)的9#煤采出，之后用物料緊貼南幫排棄[7]。

2.4 內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定分析

東露天礦自2015年自營卡車剝離物全部排棄至內(nèi)排土場，大幅降低運(yùn)輸成本，目前礦坑內(nèi)排土場幫坡角度為16.5°，小于設(shè)計(jì)內(nèi)排土場幫坡角度20°，總體邊坡表現(xiàn)穩(wěn)定。影響排土場穩(wěn)定的安全隱患主要有9#煤破碎口處1250平盤至11煤底板為臺(tái)階高度55 m高的單臺(tái)階，生產(chǎn)中采用底部至1250平盤坡底線預(yù)留60 m距離，排棄砂巖、細(xì)砂巖為主的剝離物，增加底部巖層附著力，保證了單臺(tái)階穩(wěn)定性。在進(jìn)行粉土、紅黏土排棄時(shí)，考慮到雨季對臺(tái)階沖刷極易引起滑坡，以“土巖混排”方式組織排棄，增加了1400平盤邊坡穩(wěn)定[8]。

2.5 外排土場邊坡穩(wěn)定分析

外排土場邊坡包含麻地溝排土場邊坡、東排土場邊坡、北排土場邊坡。麻地溝排土場最大排棄標(biāo)高1 400 m，現(xiàn)已靠界和復(fù)墾，較好地形成了西高東底排水系統(tǒng)，各積水可以沿排水溝匯入到?jīng)_溝中，邊坡穩(wěn)定系數(shù)較高。東排土場處于薛家港村西部地勢較高區(qū)域，設(shè)計(jì)排棄最大標(biāo)高1 460 m，設(shè)計(jì)最小排棄標(biāo)高1 380 m，因村莊“釘子戶”村莊，導(dǎo)致排土場處于未靠界狀態(tài)，實(shí)際排棄最大段高達(dá)60 m，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，通過設(shè)置排水溝將水流引向南部穩(wěn)定區(qū)域、停止排棄物料等措施，近12個(gè)月該土場未出現(xiàn)滑坡征兆，邊坡表現(xiàn)良好。北排土場為東露天礦基建剝離物主要排棄區(qū)域，設(shè)計(jì)排棄最大標(biāo)高1 510 m，實(shí)際排棄最大標(biāo)高1 500 m，東部1490、1460、1430平盤已完成靠界工作，實(shí)際邊坡角度15°，小于外排土場最大幫坡角度22°，處于穩(wěn)定狀態(tài)。北排土場西部處于南洼大溝附近，因用地困難未能將南洼大溝填平，土場最大段高70 m，大量紅黏土排棄物因溝底雨季積水崩解進(jìn)一步降低了邊坡穩(wěn)定，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要加強(qiáng)觀測，做好危險(xiǎn)區(qū)域警示，封堵排棄道路，對距離土場小于土場150 m的住戶進(jìn)行緊急疏散，確保邊坡周圍人員安全。

3 礦坑邊坡安全建議

日常邊坡巡視要重點(diǎn)對工作幫北部榆嶺村區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，礦坑邊坡雷達(dá)監(jiān)測數(shù)據(jù)每天更新，分析滑坡可能性，做好預(yù)測預(yù)報(bào)，在進(jìn)行緩幫降段施工中，嚴(yán)格按照“從上到下，分層開采”方式進(jìn)行黃土平盤、紅黏土平盤刷幫靠界，防止滑坡事故發(fā)生。北幫東部已片幫區(qū)域按照“削坡減載”方式進(jìn)行治理，完善不穩(wěn)定區(qū)域上部平盤防排水系統(tǒng)，開挖排水溝將雨季積水引至目標(biāo)積水區(qū)域，方便水泵排水和水車?yán)梅e水。非工作幫已實(shí)現(xiàn)壓幫內(nèi)排，巖石臺(tái)階邊坡穩(wěn)定，黃土臺(tái)階要注意土巖混排，在北幫出入溝要預(yù)留足夠安全距離，防止1380、1400平盤滑坡導(dǎo)致出入溝無法通行。南幫西部不穩(wěn)定區(qū)已完成治理，要進(jìn)一步監(jiān)測邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，雨季做好平盤降雨截水和出水口防水，防止紅黏土平盤穩(wěn)定性降低。外排土場要對東排土場、北排土場邊坡穩(wěn)定加大巡視，設(shè)置監(jiān)測線，嚴(yán)格做好邊坡監(jiān)測記錄，在雨季前做好暴雨災(zāi)害預(yù)報(bào)工作，模擬應(yīng)急救援預(yù)案，確保雨季期間人員安全。

4 結(jié)論

通過分析東露天礦礦坑邊幫和排土場邊坡穩(wěn)定性，確定了工作幫北部、北幫東部、東排土場、北排土場4個(gè)需要重點(diǎn)注意的區(qū)域，并根據(jù)各邊坡巖土性質(zhì)及周圍環(huán)境提出了解決措施，為保證礦坑邊坡安全提供了技術(shù)保障，有利于提高礦山安全保障水平。

［1］中煤西安工程設(shè)計(jì)有限公司.東露天煤礦初步設(shè)計(jì)說明書［R］.西安：中煤西安工程設(shè)計(jì)有限公司，2009.

［2］韓進(jìn)，徐君，段力士.平朔東露天礦南幫滑坡區(qū)穩(wěn)定性分析及治理［J］.露天采礦技術(shù)，2015（6）：30-32.

［3］韓進(jìn)，劉果，傅新華.平朔東露天礦東幫滑坡治理及采煤方案研究［J］.露天采礦技術(shù)，2013（2）：30-32.

［4］北京科技大學(xué)，中勘冶金勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司.平朔東露天礦首采區(qū)端幫勘察及邊坡穩(wěn)定性評價(jià)［R］.北京：北京科技大學(xué)，中勘冶金勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，2012.

［5］丁立明，才慶祥，劉雷，等.軟弱夾層對露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響［J］.金屬礦山，2012（4）：40-42.

［6］蔡光琪，傅新華，徐君，等.平朔東露天礦南幫滑坡治理方案［J］.露天采礦技術(shù)，2015（7）：1-3.

［7］徐志遠(yuǎn)，金愛兵，劉憲權(quán)，等.露天礦軟弱層邊坡失穩(wěn)機(jī)理與治理技術(shù)［J］.煤礦安全，2015，46（S1）：89-93.

［8］劉峰，鄧有燃，劉如成，等.安家?guī)X露天礦內(nèi)排土場南幫邊坡穩(wěn)定性控制措施研究［J］.露天采礦技術(shù)，2012（S1）：46-50.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Slope system safety management in Pingshuo East Open-pit Mine

LIU Guo
(China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

Through analyzing the north and south end slopes and internal and external dump slope stability in East Open-pit Mine, the article evaluates the overall slope stability level,and gives warning in the basic stability region,which provides theoretical support for slope inspections,slope monitoring and optimizing slope design to ensure the slope stability of open-pit mine.

open-pit mine;slope system;safety management

TD824.7

B

1671-9816（2017）05-0068-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.019

劉果.平朔東露天礦邊坡系統(tǒng)安全管理［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：68-70.

2017-01-16

劉果（1987—），男，四川廣安人，工程師，2009年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程露天開采專業(yè)，現(xiàn)在平朔東露天煤礦生產(chǎn)技術(shù)部工作。