勝利東二號(hào)露天礦南幫軟巖邊坡參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性分析

李英俊

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際錫林浩特礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟的露天煤礦巖性大多為軟巖，這類軟巖邊坡的穩(wěn)定性受順傾、弱層、地下水、斷層、工程擾動(dòng)及時(shí)間、空間等多因素影響，變形破壞機(jī)理與穩(wěn)定性研究等問(wèn)題極其復(fù)雜，極易發(fā)生邊坡變形并發(fā)展成大規(guī)?；?，這類邊坡滑坡規(guī)模大且防控困難，一旦滑坡將給礦山造成嚴(yán)重?fù)p失，因此，軟巖邊坡穩(wěn)定性及滑坡防控是制約區(qū)域露天煤礦安全高效生產(chǎn)的重點(diǎn)課題。

1 工程概況

勝利東二號(hào)露天煤礦位于勝利煤田中東部，礦權(quán)境界東西長(zhǎng)7.3～8.0 km，南北寬6.1～6.3 km，面積49.63 km2，露天開(kāi)采煤層為4#、5#、6#號(hào)煤，可采資源儲(chǔ)量38.22 億t。首采區(qū)南幫邊坡為高大軟巖順傾邊坡，巖層傾角為6°～10°，采場(chǎng)南幫賦存有順傾泥巖弱層及弱含水層，且F68、F8、F613 條走向大斷層貫穿首采區(qū)，復(fù)雜的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，均不利于南幫邊坡安全穩(wěn)定，南幫邊坡穩(wěn)定性及滑坡防治工作是該礦重要安全技術(shù)難題。

1.1 邊坡工程地質(zhì)

勝利東二號(hào)露天礦邊坡工程地質(zhì)[1]復(fù)雜，煤田主體構(gòu)造形態(tài)為一走向NE-SW，兩翼不對(duì)稱的寬緩向斜。區(qū)內(nèi)地層自上而下有第四系松散巖類以淺黃、土黃色細(xì)砂、粉砂、亞砂土、亞黏土為主，局部有砂礫石透鏡體，巖相變化大，賦存厚度不大，結(jié)構(gòu)松散，易坍塌；第三系上新統(tǒng)以棕紅色、棕黃色、雜色的粘土（巖）類為主，局部含淺黃、灰白色泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖（砂礫巖），多呈半膠結(jié)、半風(fēng)化狀態(tài)，泥質(zhì)含量較高，結(jié)構(gòu)比較松散，巖石抗穩(wěn)定性差；白堊系巴彥花群勝利組，主要巖性為煤層、灰、深灰綠色砂礫巖、泥巖、細(xì)砂巖、粗砂巖夾礫巖，含4?！?＃主要可采煤組，煤層內(nèi)、煤層間均賦存多層遇水易泥化的泥巖層。

首采區(qū)內(nèi)已查明的F8、F61、F68正斷層，斷距大，落差0～210 m，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度在1.5～4.1 km，3 條斷層走向切割破壞巖層及煤層的完整性，已接露的斷層破碎帶強(qiáng)度低、厚度達(dá)20 m 且內(nèi)部含水，曾出現(xiàn)過(guò)沿?cái)鄬用娑虝r(shí)間大位移錯(cuò)動(dòng)沉降。

區(qū)內(nèi)由上至下賦存第四系松散含水層、第三系孔隙承壓含水層、煤系地層頂部砂礫巖裂隙承壓含水層及煤系地層裂隙承壓含水層，上述含水層難于疏干，且揭露后水滲流弱化巖土體強(qiáng)度。

1.2 采場(chǎng)和采場(chǎng)邊坡滑坡及防治情況

目前，采場(chǎng)面積7.5 km2，東西長(zhǎng)3.2 km，南北長(zhǎng)2.3 km，采場(chǎng)最低標(biāo)高為804 水平，最大采深已達(dá)到280 m。首采區(qū)推進(jìn)方向?yàn)槲魍?，南幫東部?jī)?nèi)排土場(chǎng)已發(fā)展至978 水平；南幫西部948 平盤以上為局部到界邊坡，整體邊坡角度14°。

隨著采剝工程的發(fā)展，采場(chǎng)南幫不斷揭露F68、F8、F61斷層以及南幫邊坡內(nèi)賦存的泥巖弱層，2011年初首采區(qū)采場(chǎng)南幫地表開(kāi)始出現(xiàn)沉降變形裂縫，邊坡臺(tái)階坡面不斷出現(xiàn)沿多組弱層剪出位移現(xiàn)象，隨后地表裂縫及邊坡內(nèi)部弱層剪出位移不斷增大，2011 年底，南幫邊坡形成了2 條圓弧形貫通性裂縫帶。2012 年7 月底，暴雨誘發(fā)了沿采場(chǎng)南幫圓弧形裂縫帶的大規(guī)模滑坡，滑坡體后緣變形體不斷沉降變形，并于2013 年9 月發(fā)生了以采場(chǎng)－排土場(chǎng)圓弧形裂縫帶為后緣的采場(chǎng)、排土場(chǎng)復(fù)合邊坡特大型滑坡，嚴(yán)重制約了勝利東二號(hào)露天煤礦煤炭生產(chǎn)接續(xù)及安全生產(chǎn)。

借鑒以往邊坡穩(wěn)定性研究成果，勝利東二號(hào)露天煤礦在落實(shí)各項(xiàng)安全技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，2013 年12月—2017 年4 月實(shí)施了以“橫采內(nèi)排壓腳”為主的滑坡治理工程，期間共完成清理滑體工程量約3 000萬(wàn)m3，回采滑體壓覆煤炭約1 400 萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)內(nèi)排壓腳工程量約4 400 萬(wàn)m3，有效控制了南幫滑坡體位移，取得了預(yù)期的滑坡治理成果。

2 采場(chǎng)南幫邊坡參數(shù)優(yōu)化及邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 南幫邊坡參數(shù)優(yōu)化

首采區(qū)西推過(guò)程中，開(kāi)采深度的逐漸加大、邊坡暴露的長(zhǎng)度及時(shí)間增長(zhǎng)，為有效避免南幫邊坡再次發(fā)生大規(guī)?；拢ＷC南幫采煤半連續(xù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保安全生產(chǎn)，需進(jìn)一步在設(shè)計(jì)上優(yōu)化南幫邊坡參數(shù)。

1）邊坡角度。依據(jù)以往邊坡穩(wěn)定性研究成果[2-3]，采場(chǎng)南幫在現(xiàn)有南幫滑坡基礎(chǔ)上向西推進(jìn)的情況下，為保證西推過(guò)程中南幫邊坡穩(wěn)定，南幫邊坡幫坡角需由14°逐步向最終幫坡角18°轉(zhuǎn)變。

2）邊坡形態(tài)。鑒于南幫邊坡巖土體大部分為軟巖，而煤層強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，為此，計(jì)劃采取開(kāi)采初期以折線邊坡形式實(shí)行南幫緩幫開(kāi)采，F(xiàn)8斷層上盤6#煤層頂板852 平盤以上按18°最終幫坡角、平盤寬度20 m 和40 m 組合臺(tái)階形成局部最終到界邊坡，852 平盤留設(shè)一定寬度的保安煤柱以增強(qiáng)南幫整體邊坡安全穩(wěn)定性，852 平盤以下按平盤寬度40 m 形成局部臨時(shí)到界邊坡，后期通過(guò)橫采內(nèi)排方式，按整體最終幫坡角18°快速實(shí)現(xiàn)煤柱回采、快速內(nèi)排實(shí)現(xiàn)壓腳。

由于南幫852 平盤需設(shè)置煤炭破碎站，為此，852 平盤寬度需綜合考慮南幫煤炭破碎站規(guī)格尺寸、大型卡車調(diào)頭及多臺(tái)卡車同時(shí)卸載對(duì)空間的需求，經(jīng)核算852 平盤寬度即留設(shè)煤柱寬度至少需150 m，為盡量提高南幫初期煤炭產(chǎn)量，以150 m 作為852 平盤留設(shè)煤柱的寬度。

2.2 南幫邊坡穩(wěn)定性

依據(jù)以往工程地質(zhì)勘查、寫實(shí)資料及鉆孔資料，建立首采區(qū)西推南幫邊坡典型剖面A、典型剖面B、典型剖面C 的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型，采用GEOSLPOE／W 巖土邊坡穩(wěn)定性分析軟件分別對(duì)各典型剖面進(jìn)行留設(shè)煤柱前后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。典型剖面A 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算如圖1，典型剖面B 圖2 剖面剖面A 邊坡穩(wěn)定如圖2，性計(jì)算，典型剖面C 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算如圖3。經(jīng)整理邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 剖面A 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

圖2 剖面B 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

圖3 剖面C 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

由表1 可知，在初期南幫邊坡留設(shè)150 m 煤柱的情況下，3 個(gè)典型剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.244、1.228、1.256，穩(wěn)定性系數(shù)均大于邊坡安全系數(shù)[6]Fs=1.20，邊坡能夠保持穩(wěn)定；在回采南幫煤柱到界情況下，3 個(gè)典型剖面穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.065、1.109、1.066，穩(wěn)定性系數(shù)均大于臨時(shí)邊坡安全系數(shù)Fs=1.05，邊坡保持基本穩(wěn)定。

表1 邊坡典型剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果匯總表

3 滑坡防控措施

結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果及以往滑坡治理經(jīng)驗(yàn)，為增強(qiáng)南幫邊坡施工過(guò)程中的作業(yè)安全，采取如下邊坡滑坡防控措施[9－11]。

1）開(kāi)展邊坡工程地質(zhì)勘探，加強(qiáng)邊坡地質(zhì)寫實(shí)。開(kāi)展邊坡工程地質(zhì)勘探工作，查明邊坡工程范圍內(nèi)斷層、褶曲、弱層、地下含水層等賦存及變化情況；加強(qiáng)日常邊坡工程地質(zhì)、水文地質(zhì)寫實(shí)工作，及時(shí)更新采剝工程過(guò)程中揭露的斷層、弱層等情況，為定期開(kāi)展邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)及合理調(diào)整采礦工程提供及時(shí)準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。

2）加強(qiáng)邊坡疏干排水。合理優(yōu)化邊坡疏干排水系統(tǒng)，開(kāi)展弱含水層疏干試驗(yàn)，及時(shí)填埋邊坡變形裂縫，有效疏導(dǎo)邊坡地下涌水及大氣降雨，最大限度減少地下水及大氣降水對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響。

3）加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測(cè)及巡視。采用先進(jìn)的邊坡監(jiān)測(cè)設(shè)備及技術(shù)，建立健全全方位、全天候的邊坡監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性及準(zhǔn)確性，為礦山的安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持及決策依據(jù)。加強(qiáng)邊坡日常巡視工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)邊坡變形跡象，及時(shí)采取填埋、加固等措施處理邊坡裂縫、片幫等變形，有效遏制邊坡變形持續(xù)發(fā)展。

4）采取橫采內(nèi)排工程措施。結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果及以往邊坡滑坡治理經(jīng)驗(yàn)，南幫邊坡采取初期留150 m 煤柱緩幫開(kāi)采、后期橫采內(nèi)排快速回采煤柱的工程措施，能夠有效降低最終到界邊坡暴露長(zhǎng)度及時(shí)間，增強(qiáng)南幫開(kāi)采過(guò)程中施工安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采場(chǎng)西推過(guò)程中南幫邊坡各典型剖面的邊坡穩(wěn)定性分析可知，852 平盤留設(shè)150 m 煤柱，南幫邊坡能夠保持穩(wěn)定；回采煤柱后，南幫最終到界邊坡可保持基本穩(wěn)定；然后通過(guò)快速內(nèi)排實(shí)現(xiàn)邊坡壓腳，才能實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)南幫整體邊坡安全穩(wěn)定。同時(shí)，在采場(chǎng)南幫西推過(guò)程中，為避免南幫邊坡局部邊坡變形引發(fā)滑坡，需開(kāi)展邊坡工程地質(zhì)勘查和地質(zhì)寫實(shí)、持續(xù)加強(qiáng)南幫邊坡疏干排水、加強(qiáng)邊坡變形實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及日常巡視等邊坡滑坡防控安全技術(shù)措施。