勝利東二號露天礦南幫軟巖邊坡參數優化及穩定性分析

李英俊

（內蒙古大唐國際錫林浩特礦業有限公司，內蒙古 錫林浩特 026000）

內蒙古自治區錫林郭勒盟的露天煤礦巖性大多為軟巖，這類軟巖邊坡的穩定性受順傾、弱層、地下水、斷層、工程擾動及時間、空間等多因素影響，變形破壞機理與穩定性研究等問題極其復雜，極易發生邊坡變形并發展成大規模滑坡，這類邊坡滑坡規模大且防控困難，一旦滑坡將給礦山造成嚴重損失，因此，軟巖邊坡穩定性及滑坡防控是制約區域露天煤礦安全高效生產的重點課題。

1 工程概況

勝利東二號露天煤礦位于勝利煤田中東部，礦權境界東西長7.3～8.0 km，南北寬6.1～6.3 km，面積49.63 km2，露天開采煤層為4#、5#、6#號煤，可采資源儲量38.22 億t。首采區南幫邊坡為高大軟巖順傾邊坡，巖層傾角為6°～10°，采場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，復雜的工程地質及水文地質條件，均不利于南幫邊坡安全穩定，南幫邊坡穩定性及滑坡防治工作是該礦重要安全技術難題。

1.1 邊坡工程地質

勝利東二號露天礦邊坡工程地質[1]復雜，煤田主體構造形態為一走向NE-SW，兩翼不對稱的寬緩向斜。區內地層自上而下有第四系松散巖類以淺黃、土黃色細砂、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，結構松散，易坍塌；第三系上新統以棕紅色、棕黃色、雜色的粘土（巖）類為主，局部含淺黃、灰白色泥質膠結的砂巖（砂礫巖），多呈半膠結、半風化狀態，泥質含量較高，結構比較松散，巖石抗穩定性差；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、細砂巖、粗砂巖夾礫巖，含4＃～8＃主要可采煤組，煤層內、煤層間均賦存多層遇水易泥化的泥巖層。

首采區內已查明的F8、F61、F68正斷層，斷距大，落差0～210 m，區內延展長度在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度低、厚度達20 m 且內部含水，曾出現過沿斷層面短時間大位移錯動沉降。

區內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度。

1.2 采場和采場邊坡滑坡及防治情況

目前，采場面積7.5 km2，東西長3.2 km，南北長2.3 km，采場最低標高為804 水平，最大采深已達到280 m。首采區推進方向為西推，南幫東部內排土場已發展至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°。

隨著采剝工程的發展，采場南幫不斷揭露F68、F8、F61斷層以及南幫邊坡內賦存的泥巖弱層，2011年初首采區采場南幫地表開始出現沉降變形裂縫，邊坡臺階坡面不斷出現沿多組弱層剪出位移現象，隨后地表裂縫及邊坡內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，暴雨誘發了沿采場南幫圓弧形裂縫帶的大規模滑坡，滑坡體后緣變形體不斷沉降變形，并于2013 年9 月發生了以采場－排土場圓弧形裂縫帶為后緣的采場、排土場復合邊坡特大型滑坡，嚴重制約了勝利東二號露天煤礦煤炭生產接續及安全生產。

借鑒以往邊坡穩定性研究成果，勝利東二號露天煤礦在落實各項安全技術措施的基礎上，2013 年12月—2017 年4 月實施了以“橫采內排壓腳”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m3，回采滑體壓覆煤炭約1 400 萬t，實現內排壓腳工程量約4 400 萬m3，有效控制了南幫滑坡體位移，取得了預期的滑坡治理成果。

2 采場南幫邊坡參數優化及邊坡穩定性分析

2.1 南幫邊坡參數優化

首采區西推過程中，開采深度的逐漸加大、邊坡暴露的長度及時間增長，為有效避免南幫邊坡再次發生大規模滑坡，保證南幫采煤半連續系統的安全穩定運行，確保安全生產，需進一步在設計上優化南幫邊坡參數。

1）邊坡角度。依據以往邊坡穩定性研究成果[2-3]，采場南幫在現有南幫滑坡基礎上向西推進的情況下，為保證西推過程中南幫邊坡穩定，南幫邊坡幫坡角需由14°逐步向最終幫坡角18°轉變。

2）邊坡形態。鑒于南幫邊坡巖土體大部分為軟巖，而煤層強度相對較強，為此，計劃采取開采初期以折線邊坡形式實行南幫緩幫開采，F8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 組合臺階形成局部最終到界邊坡，852 平盤留設一定寬度的保安煤柱以增強南幫整體邊坡安全穩定性，852 平盤以下按平盤寬度40 m 形成局部臨時到界邊坡，后期通過橫采內排方式，按整體最終幫坡角18°快速實現煤柱回采、快速內排實現壓腳。

由于南幫852 平盤需設置煤炭破碎站，為此，852 平盤寬度需綜合考慮南幫煤炭破碎站規格尺寸、大型卡車調頭及多臺卡車同時卸載對空間的需求，經核算852 平盤寬度即留設煤柱寬度至少需150 m，為盡量提高南幫初期煤炭產量，以150 m 作為852 平盤留設煤柱的寬度。

2.2 南幫邊坡穩定性

依據以往工程地質勘查、寫實資料及鉆孔資料，建立首采區西推南幫邊坡典型剖面A、典型剖面B、典型剖面C 的邊坡穩定性計算模型，采用GEOSLPOE／W 巖土邊坡穩定性分析軟件分別對各典型剖面進行留設煤柱前后的邊坡穩定性進行計算。典型剖面A 邊坡穩定性計算如圖1，典型剖面B 圖2 剖面剖面A 邊坡穩定如圖2，性計算，典型剖面C 邊坡穩定性計算如圖3。經整理邊坡穩定性計算結果見表1。

圖1 剖面A 邊坡穩定性計算

圖2 剖面B 邊坡穩定性計算

圖3 剖面C 邊坡穩定性計算

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

表1 邊坡典型剖面穩定性計算結果匯總表

3 滑坡防控措施

結合邊坡穩定性分析結果及以往滑坡治理經驗，為增強南幫邊坡施工過程中的作業安全，采取如下邊坡滑坡防控措施[9－11]。

1）開展邊坡工程地質勘探，加強邊坡地質寫實。開展邊坡工程地質勘探工作，查明邊坡工程范圍內斷層、褶曲、弱層、地下含水層等賦存及變化情況；加強日常邊坡工程地質、水文地質寫實工作，及時更新采剝工程過程中揭露的斷層、弱層等情況，為定期開展邊坡穩定性分析評價及合理調整采礦工程提供及時準確的地質依據。

2）加強邊坡疏干排水。合理優化邊坡疏干排水系統，開展弱含水層疏干試驗，及時填埋邊坡變形裂縫，有效疏導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邊坡穩定性影響。

3）加強邊坡變形監測及巡視。采用先進的邊坡監測設備及技術，建立健全全方位、全天候的邊坡監測與預警系統，實現邊坡監測數據的連續性及準確性，為礦山的安全生產提供數據支持及決策依據。加強邊坡日常巡視工作，及時發現現場邊坡變形跡象，及時采取填埋、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發展。

4）采取橫采內排工程措施。結合邊坡穩定性分析結果及以往邊坡滑坡治理經驗，南幫邊坡采取初期留150 m 煤柱緩幫開采、后期橫采內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度及時間，增強南幫開采過程中施工安全性。

4 結語

通過采場西推過程中南幫邊坡各典型剖面的邊坡穩定性分析可知，852 平盤留設150 m 煤柱，南幫邊坡能夠保持穩定；回采煤柱后，南幫最終到界邊坡可保持基本穩定；然后通過快速內排實現邊坡壓腳，才能實現采場南幫整體邊坡安全穩定。同時，在采場南幫西推過程中，為避免南幫邊坡局部邊坡變形引發滑坡，需開展邊坡工程地質勘查和地質寫實、持續加強南幫邊坡疏干排水、加強邊坡變形實時動態監測及日常巡視等邊坡滑坡防控安全技術措施。