淺析露天礦邊坡穩(wěn)定工程安全技術(shù)措施

刁志軍 譚舒文

（吉林省工程技術(shù)有限公司，吉林 長春130012）

1 問題的提出

梅河露天煤礦位于吉林省梅河口市，設(shè)計規(guī)模為60 萬t/a。在梅河露天煤礦生產(chǎn)建設(shè)過程中，存在著邊坡不穩(wěn)定等危險因素，為預防和消除這些不利因素，保護職工的安全與身心健康，本文從多角度對該礦邊坡穩(wěn)定進行了安全生產(chǎn)措施分析，以利于災害防治，保障安全生產(chǎn)。

2 工程地質(zhì)條件對邊坡穩(wěn)定性的影響分析與措施

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 梅河露天煤礦工程地質(zhì)巖層主要為3 個工程地質(zhì)巖組。分別敘述如下：a.松散巖組：主要為第四系粘土、砂、礫石和卵石,厚度30～35m，分布在河流兩側(cè)的階地、漫灘及溝谷低洼處，砂、礫石和卵石分選性差。b.層狀碎屑巖組：主要由古近系梅河組炭質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、粗砂巖、砂礫巖組成。①砂巖、砂礫巖組：主要為古近系古新統(tǒng)梅河組粉砂巖、砂巖、砂礫巖組。厚度12～30m，最大厚度220m，分布穩(wěn)定，巖芯多呈長柱狀，部分短柱狀，極限抗壓強度1.39～36.2MPa,屬半堅硬～軟弱巖組。②泥巖類巖組：其巖性主要為古近系古新統(tǒng)梅河組炭質(zhì)泥巖、泥巖，多為礦區(qū)工業(yè)煤層的直接頂、底板。總觀各層，巖層厚度4～80m，最大厚度95m，據(jù)鉆孔巖芯觀察，泥巖類水平層理發(fā)育、易碎、巖芯多呈碎塊狀，極少部分呈短柱狀，易風化，極限抗壓強度1.26～5.96MPa,屬軟弱巖組。c.軟弱破碎帶。主要為各類巖石的風化帶及構(gòu)造破碎帶。該區(qū)巖石風化帶厚度一般20～35m，構(gòu)造破碎帶最寬可達10m 左右，均含有不同程度的潛水或微承壓水。斷層構(gòu)造嚴重地破壞了巖層的完整性，使巖層穩(wěn)定性變差。加之地下水的活動，使巖層的穩(wěn)定性和完整性受到進一步破壞。

2.1.2 梅河露天煤礦采場剝離物工程地質(zhì)特征

該礦露天采掘場上部剝離物為松散的第四系粉質(zhì)粘土、砂和礫石，結(jié)構(gòu)松散，厚度10～35m，易于剝離。露天采掘場下部剝離物為古近系砂巖、泥巖，巖石強度1.26～36.2MPa，強度差別大，最大厚度90m，較易剝離。

2.1.3 工程地質(zhì)條件評價

采場南北邊坡由粉質(zhì)粘土、砂、礫石、砂巖和泥巖組成，粉質(zhì)粘土、砂、礫石結(jié)構(gòu)松散；砂巖和泥巖強度較硬～極軟，物理力學性質(zhì)差別較大，泥巖遇水易軟化，邊坡巖性組合復雜，邊坡類型為第一類二型。采掘場剝離物為松散軟巖～硬巖，強度差異大，剝離物屬二類二型。礦床工程地質(zhì)條件為中等類型。

2.2 地質(zhì)條件分析及措施

根據(jù)該礦地質(zhì)報告分析，本區(qū)主要巖層為砂巖、泥巖、第四系松散層。煤層頂?shù)装逯饕獮樘抠|(zhì)泥巖、泥巖層。影響本礦邊坡穩(wěn)定的主要因素為巖性、結(jié)構(gòu)面、節(jié)理裂隙及水。在生產(chǎn)過程中，嚴格按設(shè)計邊坡角施工，同時根據(jù)露天礦開采層位、邊坡巖性特征，做針對性的邊坡巖土工程地質(zhì)勘查，根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果對局部區(qū)域的邊坡角進行調(diào)整，以確保邊坡的穩(wěn)定性。加強疏干水管理工作，提高疏干水效果，降低水對采場邊坡穩(wěn)定性影響。在遇到斷層等邊坡滑動破壞面（或潛在滑動破壞面）時，采用錨索加固的方式，將滑動面與滑床錨固，保證邊坡穩(wěn)定性。

3 采掘場邊坡穩(wěn)定系數(shù)及計算參數(shù)的確定

根據(jù)該礦水文地質(zhì)和工程地質(zhì)補充勘查報告及巖土強度試驗結(jié)果，確定巖土體強度參數(shù)，見表1。

表1 邊坡巖體強度參數(shù)表

選取典型的地質(zhì)剖面建立計算模型，采用邊坡計算軟件slide 進行計算分析。通過計算，采掘場北幫上部第四系角度為31°、下部巖層38°、高度125m 時邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.20，見圖1。南幫上部第四系角度為31°、下部巖層38°、高度129m 時邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.230，見圖2。非工作幫上部第四系角度為31°、下部巖層38°時、高度105m 時邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.255，滿足規(guī)范邊坡穩(wěn)定系數(shù)要求，見圖3。以上值均滿足規(guī)范對邊坡穩(wěn)定系數(shù)要求。

圖1 采掘場北幫邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果圖

圖2 采掘場南幫邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果圖

圖3 采掘場非工作幫邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果圖

4 采掘場邊坡其它影響因素分析與安全措施

4.1 地下水對邊坡的影響

鑒于地下水的存在會降低軟弱層儲存的彈性勢能，又會減少滑面的有效正壓應力，導致阻尼力減少的實際，對地下水極為敏感的影響著邊坡的穩(wěn)定性應引起足夠的重視。梅河露天煤礦在剝離前，采取地下水疏干措施，使地下水對邊坡影響降到最低。地下水疏干采用降水孔超前疏干和平盤集水溝、集水坑平行疏干的聯(lián)合疏干方式。

4.2 采礦工藝

露天礦采、剝生產(chǎn)過程中由于剝離等因素產(chǎn)生的地面振動會對邊坡巖體穩(wěn)定產(chǎn)生影響。梅河露天煤礦采、剝過程中均不需要爆破作業(yè)，挖掘機在采剝過程中不會對地面產(chǎn)生震動，對邊坡巖體穩(wěn)定影響較小。

4.3 構(gòu)造

礦田內(nèi)發(fā)育有斷層、褶曲，對永久邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。在開采過程中，遇到斷層的邊坡滑動破壞面（或潛在滑動破壞面）時應采取加固措施，保證邊坡穩(wěn)定性。

4.4 邊坡監(jiān)測措施

選用GNSS 遠程自動地表位移監(jiān)測系統(tǒng)。達產(chǎn)年時，非工作幫及南北幫各布置3 個GNSS 監(jiān)測點，分別位于邊坡頂部、中部及下部。由于外排土場邊坡高度不大，兩個外排土場在臨近構(gòu)筑物或采掘場的區(qū)域各布置2 個GNSS 監(jiān)測點，分別位于邊坡頂部及下部。對于露天煤礦邊坡的監(jiān)測，主要利用建立地表和深部相結(jié)合的綜合立體監(jiān)測網(wǎng)，盡可能采用邊坡遠程監(jiān)測系統(tǒng)。

4.5 邊坡加固措施

在開采過程中，遇到斷層的邊坡滑動破壞面（或潛在滑動破壞面）時，應采用錨索加固的方式，將滑動面與滑床錨固，保證邊坡穩(wěn)定性。

4.6 編制較完善的滑坡災害應急搶救預案

為了做好災害發(fā)生時的應急和搶救工作，必須編制較為完善的搶救預案。當災害發(fā)生時，做到第一時間、最大限度的挽救。

4.6.1 視險情將人員物資及時撤離危險區(qū)

滑坡災害在大規(guī)?；瑒忧埃孪扔星罢?，當出現(xiàn)滑坡危險時，應及時將情況上報，組織險區(qū)內(nèi)人員及時撤離險區(qū)。

4.6.2 及時制止致災的動力破壞作用

為爭取搶險、救災時間，延緩滑坡發(fā)生大規(guī)模破壞，監(jiān)測技術(shù)人員應立即分析資料，及時制止致災動力破壞作用，如因采礦而誘發(fā)的滑坡，應立即停止采礦活動；如因開挖坡腳而誘發(fā)的滑坡，應立即停止采礦活動。

5 結(jié)論

本文從工程地質(zhì)條件角度對邊坡穩(wěn)定性的影響進行了分析，利用巖土體強度參數(shù)，采用邊坡計算軟件slide 對邊坡穩(wěn)定性進行了計算分析，又從地下水、采礦工藝、斷層構(gòu)造等方面對邊坡穩(wěn)定性的影響進行了分析與論證，并淺析了相應的安全預防措施，對露天煤礦的安全生產(chǎn)起到了一定的參考和保障作用。為了保證邊坡安全，還應編制較為完善的搶救預案，嚴格按照設(shè)計確定的幫坡角進行開采，設(shè)立專職邊坡工作人員，做好監(jiān)測和監(jiān)控，力爭在邊坡滑動前及時準確地反饋信息，以便及時采取有效的防范措施。