大煤溝露天煤礦東段幫邊坡穩(wěn)定性分析及預(yù)防措施

苗高飛

（青海義海能源大煤溝煤礦，青海 德令哈 817000）

受開采地層性質(zhì)、周邊氣候環(huán)境及開采條件等多種因素影響，露天礦山的采場和排土場形成的邊坡極易發(fā)生邊坡失穩(wěn)而造成坡體滑坡、坍塌事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷害[1-2]，以大煤溝露天煤礦為例，對(duì)其東端邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合大煤溝煤礦開采實(shí)際情況，提出預(yù)防邊坡滑坡措施及建議。

1 工程概況

大煤溝露天煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/a，開采 深 度+3500～+2900 m，面 積 約3.750 7 km2?，F(xiàn)露天采場已開采至+3465 m，到界幫坡角為24°～30°，未到界幫坡角為15°～23°，最大邊坡高度約230 m。采場邊幫大致可分為西幫及東幫，其中東幫走向長約1500 m，自南至北臺(tái)階數(shù)依次增多，最大邊坡高度約230 m，3525 m以上為到界臺(tái)階，3525 m以下為工作臺(tái)階。邊坡上陡下緩，到界幫坡角25°～30°，未到界幫坡角20°～26°；西部邊幫走向長約1500 m，最大邊坡高度約130 m，幫坡角15°～23°。礦區(qū)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。由于受礦山開采強(qiáng)度增加及雨季期間強(qiáng)降雨等因素影響，采場東段幫邊坡出現(xiàn)位移顯現(xiàn)現(xiàn)象，給礦山開采帶來一定的安全隱患，需對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析并制定相應(yīng)的治理措施，確保礦山安全開采。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)大煤溝礦山地質(zhì)勘探相關(guān)資料獲得東段邊坡巖層相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)見表1。利用slide軟件[3]構(gòu)建3個(gè)典型地質(zhì)剖面模型如圖1。采用瑞典法、簡化的Bishop 法與Janbu法[4-5]分別對(duì)邊坡a—a'、b—b'和c—c'地質(zhì)剖面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，其中，a—a'剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如圖2。3個(gè)典型剖面邊坡穩(wěn)定性系數(shù)見表2。

表2 各剖面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算系數(shù)

圖2 a—a'剖面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表1 大煤溝礦山巖層巖石物理力學(xué)參數(shù)

圖1 典型地質(zhì)剖面slide模型

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，一般情況下將邊坡穩(wěn)定性等級(jí)劃分為四種類型[6]，具體劃分情況見表3。根據(jù)上述圖表分析可知，為確保邊坡穩(wěn)定性安全可靠，選取邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果中最小安全系數(shù)作為各剖面計(jì)算的安全系數(shù)，則a—a'剖面安全系數(shù)為1.04，對(duì)照表3劃分結(jié)果屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)；b—b'剖面安全系數(shù)為1.158，則屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)，c—c'剖面安全系數(shù)為1.212，也屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)上述分析可知，大煤溝礦山東段幫邊坡a—a'剖面安全系數(shù)基本已達(dá)到邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)臨界值1，而其作為礦山開采的非工作幫，屬于永久性邊坡。根據(jù)《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]相關(guān)規(guī)定要求，露天礦山非工作幫邊坡其服務(wù)年限不小于20 a，要求安全穩(wěn)定性系數(shù)大于1.3。從上述計(jì)算結(jié)果中可知，東段幫邊坡安全系數(shù)已處在臨界狀態(tài)，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)遭遇雨季強(qiáng)降雨或其他開采條件變化等影響因素時(shí)，極有可能造成邊坡滑坡事故，因此需制定相應(yīng)措施以防止發(fā)生安全事故。

表3 邊坡穩(wěn)定性等級(jí)劃分

3 預(yù)防邊坡滑坡措施

（1）削幫壓腳加固。將滑坡區(qū)的滑體進(jìn)行清理并擴(kuò)寬臺(tái)階寬度，減小滑體的后緣載荷。原邊坡坡面角為33°，將臺(tái)階滑體清理后按照坡面角28°、邊坡角60°、平盤臺(tái)階高度15 m進(jìn)行修整，最小平盤寬度可以達(dá)到15 m以上，剝離方量約為48萬m3。將剝離出來的巖體回填到邊坡坡腳增加前緣滑體的體積以減小位移滑力。同時(shí)采取護(hù)坡加固措施對(duì)局部失穩(wěn)的坡體進(jìn)行加固，防止坡體滑坡。當(dāng)出現(xiàn)坡體局部失穩(wěn)時(shí)可以選取堅(jiān)硬的巖石作為錨固點(diǎn)使用錨桿對(duì)坡體進(jìn)行加固。

（2）修葺完善礦山疏干排水系統(tǒng)。該礦山巖層中砂巖及泥巖吸水后軟化程度較高，其物理力學(xué)性質(zhì)受水的影響較大，雨季到來前，應(yīng)清理好側(cè)溝，雨季期間，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)流水不暢或破壞，應(yīng)及時(shí)清理或修補(bǔ)，確保排水通暢。及時(shí)在山體匯水處或滲水平盤做攔水壩或平盤儲(chǔ)水池，并及時(shí)抽排，防止山體匯水流入采坑。

（3）及時(shí)處理邊坡裂縫。由于邊坡在出現(xiàn)破壞前通常會(huì)在坡體頂部產(chǎn)生拉伸裂縫，出現(xiàn)裂縫往往是邊坡首先發(fā)生坡面破壞的特征[8-9]，因此，通常采用強(qiáng)力錨桿及預(yù)注漿措施對(duì)坡體進(jìn)行加固，預(yù)防坡體產(chǎn)生裂縫。

（4）加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測治理。由于露天礦山邊坡具有復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和時(shí)效性等特點(diǎn)[10]，因此在邊坡治理時(shí)應(yīng)堅(jiān)持動(dòng)態(tài)治理、長期治理原則。大煤溝露天煤礦在采場及排土場安裝有邊坡位移監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)異常狀況時(shí)，在異常地點(diǎn)附近沿傾向方向布置4條監(jiān)測線用以監(jiān)測確定該處邊坡滑坡范圍。

4 結(jié)語

（1）結(jié)合大煤溝露天煤礦巖層地質(zhì)特征和物理力學(xué)參數(shù)，通過利用slide軟件對(duì)其東段幫邊坡3個(gè)典型地質(zhì)剖面進(jìn)行建模計(jì)算分析邊坡穩(wěn)定性。通過計(jì)算結(jié)果分析可知，東段幫邊坡安全系數(shù)為1.04，已處于安全系數(shù)臨界值，屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)遭遇雨季強(qiáng)降雨或其他開采條件變化等影響因素時(shí)，極有可能造成邊坡滑坡事故。

（2）根據(jù)東段幫邊坡實(shí)際情況，提出削幫壓腳、高強(qiáng)度錨桿加固、完善疏干排水系統(tǒng)、及時(shí)處理拉伸裂縫、加強(qiáng)監(jiān)測巡查和邊坡維護(hù)等預(yù)防措施，確保礦山開采期間的安全。

（3）在對(duì)露天礦山邊坡穩(wěn)定性治理過程中，應(yīng)堅(jiān)持動(dòng)態(tài)治理和長期治理的原則，加強(qiáng)邊坡坡體地表巖層上下位移監(jiān)測，研究分析邊坡變形破壞規(guī)律，以便于制定合理有效治理措施控制或減緩邊坡破壞變形，防止邊坡地質(zhì)災(zāi)害事故發(fā)生。