提高內(nèi)排邊坡穩(wěn)定性的研究與實踐

董建華 曲道龍

摘要：露天礦開采過程中，內(nèi)排土場的穩(wěn)定直接影響正常的采剝作業(yè)，給生產(chǎn)接續(xù)和安全管理帶來困難。通過控制開采、涌水治理、調(diào)整設(shè)計參數(shù)等綜合措施，對其進(jìn)行有效治理，消除不穩(wěn)定因素。

關(guān)鍵詞：控制開采;涌水;毛石鋪設(shè);滑坡變形

一、概況

（一）開采要素

煤層賦存形態(tài)呈橢圓形盆地狀，四周邊緣煤層露頭，盆底為煤層埋藏最深部。9號煤層為主采煤層，是全區(qū)發(fā)育的特厚煤層，發(fā)育較穩(wěn)定。內(nèi)排土場邊坡角12°，平盤設(shè)計寬度30m，臺階坡面角33°，臺階高度12m，共有12個內(nèi)排平盤。

（二）工程地質(zhì)情況

1.礦區(qū)的巖石（土）工程地質(zhì)特征

礦區(qū)的巖石（土）工程地質(zhì)特征分為第四系松散層組（該組地層由砂土、粘土、砂礫石組成）、伊敏組碎屑巖組（該組地層由泥巖、碳質(zhì)泥巖、粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和煤層組成（本區(qū)煤層具有光澤暗淡、含絲炭、木質(zhì)結(jié)構(gòu)、性脆的特征。由于煤的節(jié)理和層理發(fā)育，煤芯多呈短柱狀、碎塊或片狀。

（三）水文條件

地表主要河流為海拉爾河，由東向西流經(jīng)本區(qū)北側(cè)（距離煤層露頭1.87公里），屬老年期河流，分叉合并現(xiàn)象比較多，牛軛湖比較發(fā)育，最大流量為1590m3/s，最小流量為零，平均流量為65.4m3/s;煤田西部扎尼河為季節(jié)性河流，由南向北流經(jīng)本區(qū)注入海拉爾河，其平均流量50m3/h。

二、內(nèi)排失穩(wěn)的主要原因分析

根據(jù)2014年以來內(nèi)排發(fā)生的變形和滑坡分析來看，主要有以下幾種原因：

（一）弱層與水的因素

邊坡類型屬軟巖邊坡，上部地層為第四系松散砂礫層、黏土層，第四系地層與白堊系煤層頂板泥巖成不整合接觸，不整合面處巖層工程力學(xué)性質(zhì)較差，該處黏土層為潛在弱層9煤頂板-10煤底板區(qū)域以泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤線為主。同時，第四系層與局部煤層露頭直接接受海拉爾河水補(bǔ)給，疏干困難。地下水是影響邊坡穩(wěn)定的最大不利因素。

（二）巖層產(chǎn)狀因素

扎尼河露天礦整體為湖盆沉積單元，內(nèi)排邊坡處于盆地的東南邊緣，白堊系地層走向與邊坡走向近似一致，傾向與邊坡坡面方向一致，即順層結(jié)構(gòu)，開采區(qū)域巖層傾角約12-18°，局部達(dá)到30°，這種產(chǎn)狀的巖層在重力的疊加作用下，容易沿沉積面產(chǎn)生滑移，進(jìn)而對內(nèi)排土場邊坡造成破壞。

（三）工程組織因素

從近幾年滑坡區(qū)域位置來看，均在578水平以下。隨采場不斷向西推進(jìn)向下降深，原滑坡剪切口位置可能發(fā)生變化，在煤層底板大面積揭露和內(nèi)排載荷不斷加大的情況下，剪切口有向西延伸的趨勢。內(nèi)排的排棄順序和排棄規(guī)格不合理也是造成內(nèi)排滑坡的原因之一。

三、治理方案

內(nèi)排積水的控制是治理滑坡的關(guān)鍵，要從根上解決問題。露天礦坑水來源主要是四系層和煤層涌水，結(jié)合涌水區(qū)域特點分別在四系層涌水區(qū)域疏導(dǎo)截流、集中控制，內(nèi)排基底實施防水工程等方法進(jìn)行綜合治理。

在治理內(nèi)排涌水的同時，施實條帶式控制開采和跟蹤內(nèi)排的方式，解決采排的矛盾，確保采剝排工作正常推進(jìn)。

在有涌水區(qū)域的內(nèi)排基底鋪設(shè)毛石和導(dǎo)水盲溝解決疏通內(nèi)排基底水的問題。另外，在內(nèi)排蠕動變形量較大區(qū)域下部預(yù)留6m底煤和敷設(shè)毛石以提高內(nèi)排基底強(qiáng)度，解決滑坡剪切口向西延伸，并對重點蠕動變形區(qū)域進(jìn)行控制。

調(diào)整內(nèi)部排棄參數(shù)和排棄順序，從技術(shù)角度優(yōu)化設(shè)計，最大限度的在施實內(nèi)排過程中對邊坡總體穩(wěn)定進(jìn)行控制。

四、治理措施

（一）內(nèi)排涌水治理

1.內(nèi)排基底水源治理

（1）首先進(jìn)行條帶開采區(qū)域的毛石鋪設(shè)工作。條帶開采區(qū)域共分為5個條帶進(jìn)行，南北長度300m，施工順序由北向南逐條進(jìn)行，每個條帶南北長度60m。每施工完一個條帶至煤層底板后進(jìn)行毛石的鋪設(shè)。毛石鋪設(shè)面積為16949m2，工程量2.4萬m3。鋪設(shè)厚度不小于1m，不大于1.5m。

（2）由于北區(qū)東幫有多處集中涌水點，積水量比較大，在北區(qū)預(yù)留底煤區(qū)域施工導(dǎo)水盲溝對積水進(jìn)行治理。隨采場不斷降深由東向西逐步進(jìn)行施工，待北端幫484平盤和6m底煤區(qū)域形成后施工導(dǎo)水盲溝并使用石料進(jìn)行填充，導(dǎo)水盲溝總長度747m，鋪設(shè)厚度2m，預(yù)計毛石用量4482m3。

2.北端幫涌水治理

針對北端幫到界區(qū)域煤壁出水與內(nèi)排交叉產(chǎn)生濁水這一問題，采用挖溝引流+施工臨時集水坑等措施控制水流方向，在北端幫臺階坡面涌水處鋪設(shè)隔水膜，將涌水與內(nèi)排進(jìn)行有效隔離，最終將煤壁涌水阻隔至鋪設(shè)毛石的水溝內(nèi)，有效避免了端幫涌水進(jìn)入內(nèi)排區(qū)域影響邊坡穩(wěn)定。

（二）控制開采

采場南北兩端至條帶開采區(qū)域位置邊坡穩(wěn)定性較差，有滑坡風(fēng)險，不能沿煤層底板進(jìn)行控制開采。通過對兩個區(qū)域邊坡穩(wěn)定性計算，按照預(yù)留6m底煤的方式對底板弱層進(jìn)行控制，防止底鼓現(xiàn)象發(fā)生，邊坡穩(wěn)定系數(shù)在1.1，能夠保證兩側(cè)排土場的穩(wěn)定。再加之條帶開跟蹤內(nèi)排的聯(lián)合方式，可實現(xiàn)內(nèi)排土場邊坡穩(wěn)定。

1.條帶式控制開采

自2018年第三階段條采以來已經(jīng)完成30m安全煤柱留設(shè)，80m留設(shè)6m底煤條帶控制開采的施工。目前北區(qū)剩余300m范圍需要繼續(xù)實施90m不留底煤條帶式控制開采，也是此次施工范圍。

條帶開采均在采場東幫中區(qū)進(jìn)行，南北共分成五個條帶，每個條帶開口寬度為60m，長度總計300m。以470水位線為基準(zhǔn)，沿9#煤層底板進(jìn)行開采，不留底煤，即以470水平底板等高線向上60°反推位置為西側(cè)停采邊界（480水平），降至煤層底板后內(nèi)排壓腳同步跟進(jìn)。

按照由上至下的開采順序進(jìn)行施工，分別施工487、480兩個水平，沿9#煤層底板由東向西推至470煤層底板等高線。每個條帶施工到位后進(jìn)行跟蹤排棄。排棄順序由下向上依次進(jìn)行，即先排棄482水平再排棄494水平。

2.不穩(wěn)定區(qū)域預(yù)留底煤

（1）北區(qū)預(yù)留6m底煤區(qū)域

結(jié)合北區(qū)煤層賦存情況，煤層傾角相對較緩，平均傾角為3°56′。將煤層劃分5個水平進(jìn)行回采，借助北端幫到界482平盤對484、482、479、476、473五個水平由南向北依次形成各水平，由東向西逐盤推進(jìn)進(jìn)行回采。

為提高煤炭回收率，在下一水平平盤完成施工后，將上下水平兩條坡底線之間的三角煤通過液壓反鏟甩出的方式全部進(jìn)行回收。

（2）南區(qū)預(yù)留6m底煤區(qū)域

結(jié)合南區(qū)煤層賦存情況，煤層傾角相對較陡，平均傾角為9°41′。將煤層劃分2個水平進(jìn)行回采，由東向西依次為482水平（底板高476）、476水平（底板高470）。將已經(jīng)形成的482和476兩個平盤坡底線三角煤通過液壓反鏟甩出的方式將三角煤進(jìn)行回收。最終完成南區(qū)6m底煤留設(shè)和470水平以上煤體的回收。

（三）排棄組織

1.排棄參數(shù)調(diào)整

為減少內(nèi)排工作量對整個內(nèi)排邊坡的影響，將內(nèi)排平盤寬度調(diào)整至30m，邊坡角度調(diào)整至11°30′，通過調(diào)整技術(shù)參數(shù)將邊坡角度變緩，減法少內(nèi)排的排棄載荷，從技術(shù)角度對整個內(nèi)排土場穩(wěn)定進(jìn)行了總體控制，避免了大面積滑坡風(fēng)險。

2.排棄順序

完成采煤作業(yè)區(qū)域施工后，首先組織完成最下部482平盤的排棄，并嚴(yán)格執(zhí)行由下向上的排棄順序，先后組織完成了內(nèi)排區(qū)域542、554、566、578等四個水平的排棄。排土場的排棄順序看似簡單，但從內(nèi)排生產(chǎn)組織過程中來看，是影響內(nèi)排穩(wěn)定的又一主要因素。

五、實施效果

通過實施后的內(nèi)排滑坡綜合理方案來看，目前排土場蠕動變化速率明顯降低，內(nèi)排土場滑坡得到了有效治理，效果顯著：

（一）在外部排棄空間緊張的情況下，最大限度的完成了內(nèi)部排土場的排棄工作，不僅解決了現(xiàn)場安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)的問題，還對內(nèi)排土場高溫點采取了壓埋和清除處理，有效的治理了火災(zāi)隱患。

（二）在總體控制內(nèi)排穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)了內(nèi)排工作正常開展，減少內(nèi)排轉(zhuǎn)外排費用上百萬元，從生產(chǎn)經(jīng)營上實現(xiàn)了增收節(jié)支。

（三）在完成第四階段條帶開采后，目前露天礦實現(xiàn)了正?；夭苫顒?，提高電鏟采裝生產(chǎn)效率近20%。

（四）內(nèi)排區(qū)域?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定后，保證了下部正常的采掘生產(chǎn)活動，進(jìn)一步提高了露天礦的安全工作水平。

（五）通過預(yù)留底煤、施工導(dǎo)水盲溝和毛石鋪設(shè)等多項措施從根本上解決了影響內(nèi)排基底穩(wěn)定的誘因，提高了基底的減切強(qiáng)度，為下一步大面積實施內(nèi)排工作奠定了良好的基礎(chǔ)。