楊　軍

(山西省朔州市煤炭設(shè)計研究所，山西　朔州　036002)

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露天礦邊坡穩(wěn)定和滑坡防治的技術(shù)措施

楊軍

(山西省朔州市煤炭設(shè)計研究所，山西朔州036002)

摘要分析了露天開采煤礦邊坡事故的危害，通過確定幫坡角、穩(wěn)定系數(shù)、邊坡穩(wěn)定角及排土場排棄高度，提出對邊坡加強監(jiān)測監(jiān)控和地面防水、地下控制水壓等一系列措施，有效防止了露天開采煤礦邊坡災(zāi)害的發(fā)生，安全、經(jīng)濟、社會效益顯著。

關(guān)鍵詞露天開采；邊坡穩(wěn)定；滑坡防治

邊坡安全是露天開采煤礦安全工作的重中之重。平朔集團露天煤礦在邊坡穩(wěn)定和滑坡防治中采取了設(shè)計預(yù)防先行，監(jiān)控治理并重，煤礦、科研、專業(yè)公司相結(jié)合的綜合性技術(shù)措施，有效地防止了露天開采煤礦邊坡災(zāi)害的發(fā)生，特別是技術(shù)治理與生態(tài)治理相結(jié)合，不僅使邊坡防治產(chǎn)生了較大的安全、經(jīng)濟、社會效益。平朔集團露天開采30多年來，未發(fā)生過人員死亡和財產(chǎn)損失邊坡事故，值得露天開采煤礦企業(yè)借鑒。

山西省朔州市是我國大型露天煤礦的聚集地，中煤安太堡、安家?guī)X和東露天煤礦等3座露天煤礦年生產(chǎn)能力均在2 000萬噸t以上，且境內(nèi)中煤華昱公司的露天煤礦建設(shè)項目也已經(jīng)啟動，因此，露天開采中邊坡穩(wěn)定和滑坡防治值得探索和研究。

1邊坡事故的危害

安太堡礦除1991年10月28日南排土場發(fā)生一次大滑坡外，未出現(xiàn)滑坡(片幫)現(xiàn)象。2005年3月31日，在安家?guī)X礦采掘場南部、西排土場北側(cè)臨近調(diào)度室附近的邊坡下部(1355平盤)，發(fā)現(xiàn)一組較為連續(xù)的平行于邊坡走向的膨脹裂縫。對此，安家?guī)X礦采取了搬遷調(diào)度室，及時回填塌陷裂縫和內(nèi)排及時壓腳的綜合性措施。安家?guī)X礦北段幫E8200～E8600區(qū)段，自2005年8月2日開始出現(xiàn)大面積變形，滑坡體東西寬約100 m，南北長約50 m，體積約18 000 m3，主滑方向SE35°.變形區(qū)面積83 600 m2，其中南北約220 m(N72500～N72720)，東西約450 m(E8180～E8630)。2006年12月8日發(fā)生了第一次滑坡，2007年4月16日發(fā)生了第二次滑坡，造成北幫1300、1330、1360等干道損壞，暫時停止通車。

邊坡事故雖未給露天煤礦造成大的損失，但牽涉了煤礦大量的人力、物力、財力等。

2邊坡災(zāi)害的防治措施

2.1幫坡角和穩(wěn)定系數(shù)的確定

安家?guī)X礦采掘場邊坡組成：臺階高度一般為15 m，南北兩側(cè)端幫邊坡設(shè)有運輸通道，端幫邊坡上每隔1個平臺設(shè)有1個運輸通道，黃土運輸平盤寬34 m，保安平盤寬6 m；巖石運輸平盤寬32 m，保安平盤寬4 m.采掘場端幫邊坡角34°，穩(wěn)定系數(shù)1.31，端幫邊坡存在時間為4～5年。內(nèi)排土場最終幫坡角20°,穩(wěn)定系數(shù)1.31.安家?guī)X礦歷年邊坡穩(wěn)定驗算結(jié)果：2005年，北幫發(fā)生變形，穩(wěn)定系數(shù)1.028～1.135，不能滿足要求，安全性差。2006年，對北幫區(qū)域邊坡進行穩(wěn)定驗算，穩(wěn)定系數(shù)分別為：1.18、1.15、1.21、1.16、1.18，儲備系數(shù)略顯不足。2007年，對北幫滑坡區(qū)進行研究計算：滑坡后緣邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.024和1.191，滑坡內(nèi)邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.063和1.084，均不能滿足邊坡安全儲備系數(shù)要求。2008年，平朔集團實施了《安家?guī)X露天礦邊坡綜合治理》項目，其中對安家?guī)X露天礦內(nèi)排土場3個斷面進行邊坡穩(wěn)定性驗算，結(jié)果為：穩(wěn)定系數(shù)分別為1.439、1.231、1.479，均能滿足1.2的安全儲備系數(shù)；南幫擴幫區(qū)設(shè)計穩(wěn)定系數(shù)1.269，安全系數(shù)儲備不足，需要對擴幫方案進行調(diào)整，達到1.3以上；北幫安全儲備系數(shù)不足，可通過擴幫和內(nèi)排壓腳方式解決。

2.2邊坡穩(wěn)定角設(shè)計

2010年4月，平朔集團聯(lián)合北京科技大學(xué)等院校和專業(yè)公司，對東露天礦松散層邊坡進行勘察、穩(wěn)定性分析及最終邊坡角確定。通過現(xiàn)場勘察、室內(nèi)試驗、數(shù)據(jù)分析等多種方法，確定東露天礦邊坡軟弱土層分布范圍，對已發(fā)生滑坡的地段提出處治方案，對非工作、工作幫以及重點區(qū)域進行穩(wěn)定性分析，提出分區(qū)處治方案及整個東露天礦的長期監(jiān)測方案。邊坡變形主要由褐色頁巖泥化層控制，其變形特征主要取決于泥化層的流變特征，所以，在設(shè)計邊坡時應(yīng)采用弱層的長期強度來驗算邊坡的穩(wěn)定性，并以瞬時抗剪強度和長期極限抗剪強度來分析邊坡的變形動態(tài)。

2.3排土場排棄高度確定

安家?guī)X建礦初始，排土場設(shè)計高度為60～80 m.隨著生產(chǎn)建設(shè)的擴大，露天礦排土場高度變化較大，均按操作規(guī)定執(zhí)行。安家?guī)X排土場最終幫邊坡角設(shè)計為20°，平盤高度設(shè)計為30 m，東西排最高為1 435 m，內(nèi)排最高為1 420 m.排土場排棄高度的確定，是做好邊坡安全工作的基礎(chǔ)，平朔集團長期以此為中心，確保了露天開采安全生產(chǎn)形勢的平穩(wěn)。

2.4加強監(jiān)測監(jiān)控和預(yù)防

2006年，平朔集團開始了安家?guī)X與安太堡礦區(qū)的沉陷與邊坡監(jiān)測工作，主要為露井聯(lián)采條件下的邊坡及排土場穩(wěn)定、井工開采沉陷影響提供了安全技術(shù)服務(wù)；并通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)科學(xué)分析，總結(jié)出了平朔礦區(qū)露井聯(lián)采這一特殊條件下邊坡安全和形變參數(shù)及規(guī)律，為后期的采礦工程優(yōu)化設(shè)計服務(wù)。

1) 實施了《建立平朔生產(chǎn)礦區(qū)邊坡、土場及地表形變觀測網(wǎng)及預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)》項目，完成了GPS基準站建設(shè)、GPS基準站軟件系統(tǒng)、預(yù)警中心系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、外業(yè)觀測、平朔礦區(qū)精化大地水準面研究、D-INSAR數(shù)據(jù)收集及分析、數(shù)據(jù)集成綜合處理系統(tǒng)及形變監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。2008年7月該集團利用GPS、測量機器人全自動觀測系統(tǒng)等多種先進技術(shù)方法，對工業(yè)廣場部分建構(gòu)筑物的沉降及變形進行監(jiān)測。

2) 實施了《礦聯(lián)井工業(yè)廣場周邊陡幫邊坡安全性評價及滑坡防治研究》項目。a) 完成現(xiàn)場調(diào)研分析、巖體物理學(xué)試驗、露天與井工復(fù)合采動下邊坡的變形穩(wěn)定性分析、邊坡工程強度穩(wěn)定性分析和相關(guān)的物理及數(shù)值模擬試驗分析等項工作，得出滑坡防治方案。b) 完成邊坡加固工程設(shè)計及監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計工作。c) 按照邊坡加固工程設(shè)計方案指導(dǎo)現(xiàn)場進行邊坡加固工程。

3) 2009年，集團分別實施了《安太堡露天煤礦邊坡穩(wěn)定性評價及監(jiān)控方案設(shè)計》和《安家?guī)X露天煤礦邊坡穩(wěn)定性評價及監(jiān)控方案設(shè)計》項目。項目主要工作內(nèi)容：a) 收集2個露天礦礦坑及排土場區(qū)域的巖土物理學(xué)實驗成果。b) 通過對2個露天礦礦坑及排土場區(qū)域選取典型剖面的邊坡穩(wěn)定性進行計算，劃分出2個露天礦的邊坡危險性。c) 根據(jù)兩礦的穩(wěn)定性安全評價，提交2個露天礦危險區(qū)域監(jiān)控方案設(shè)計。

4) 實施的工業(yè)廣場陡幫邊坡地面監(jiān)測系統(tǒng)項目，采用測量機器人對監(jiān)測區(qū)域的監(jiān)測棱鏡進行自動化監(jiān)測，采用GPS對測量機器人的測站和后視點進行定期監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)做出分析。

5) 實施的《安家?guī)X礦端幫邊坡穩(wěn)定雷達監(jiān)測預(yù)警方案》，利用國際先進的邊坡穩(wěn)定性雷達SSR-X系統(tǒng)、無線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)高精度全天候自動化監(jiān)測、分析、預(yù)警，從而將邊坡防治提升到一個新的高度。

2.5地面做好防水，地下控制水壓

做好地面防水工程，最大限度地減少采場匯水量。設(shè)排水溝，使排水溝與主要泄洪河道貫通；地下水壓是影響邊坡變形發(fā)展的極敏感因素，疏干減壓是抑制或延緩軟巖邊坡蠕動變形進一步發(fā)展的有效措施。實踐證明，設(shè)計合理的疏干工程密度是消除或減小變形“階躍”，延緩變形發(fā)展的有效措施。

2.6協(xié)調(diào)采礦工程

邊坡的管理和維護是控制邊坡變形的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)盡量縮短邊坡的暴露時間和服務(wù)年限。因此，在選擇采礦工藝、采區(qū)布置、工作線推進方向和采空區(qū)利用等時，都應(yīng)與邊坡工程管理結(jié)合起來，協(xié)調(diào)發(fā)展，并實施內(nèi)排土壓腳工程，有效地減小傾倒滑移變。安家?guī)X礦北段幫E8200～E8600區(qū)段，自2005年8月2日開始出現(xiàn)大面積變形，為此發(fā)生了2次滑坡，均未有人員傷亡和經(jīng)濟損失。為此制定以下方案對滑坡進行治理并逐步恢復(fù)通車：1375平盤北擴40 m，擴幫量56.2萬m3；1390平盤北擴45 m，擴幫量33.4萬m3；1360平盤北擴35 m，擴幫量30.9萬m3；滑體前沿壓腳并逐步平整、壓實處，逐步恢復(fù)各道路；防排水工程預(yù)防水滲入邊坡。

2.7制造人工裂隙，處理煤層含水

由于采煤的降深速度大于煤層疏干的降深速度，如果煤層中的水未處理掉，采煤工作就會受到制約。僅靠疏干井降深，長期時間難以滿足采煤降深的要求。通過找到煤層底板等高線的較低點，打一口集水井，就能很快把煤層中的水抽走。

3防治效果

安太堡礦除1991年10月28日南排土場發(fā)生一次大滑坡外，未出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。2005年3月31日，在安家?guī)X礦采掘場南部、西排土場北側(cè)發(fā)現(xiàn)一組較為連續(xù)的平行于邊坡走向的膨脹裂縫，由于及時對裂縫塌陷進行回填和內(nèi)排及時壓腳，沒有造成損害。

平朔集團在邊坡防治理中實施了礦坑外圍排土場的生態(tài)重建工作，臺階平臺、邊坡坡面和塬頂平臺是主要的工程實施對象。排土場的最終平臺主要采用灌草帶狀混交模式，樹草種選擇檸條、羊草和披堿草，形成灌草叢；外排土場永久邊坡經(jīng)穴狀整地后栽植沙棘，常綠與落葉樹木搭配、喬木與灌木結(jié)合、路基邊坡種草，恢復(fù)了植被，對邊坡起到了固化的作用。較大礦坑建設(shè)為人工湖，涵養(yǎng)了水源，穩(wěn)定了邊坡，形成人工景觀。把土地復(fù)墾與露天礦開采計劃相結(jié)合，合理安排，實施邊開采、邊復(fù)墾、邊利用促進生態(tài)的良性循環(huán)。

經(jīng)過防治，露天采動區(qū)域內(nèi)邊坡已基本固化、植被已經(jīng)恢復(fù)，具備了發(fā)展農(nóng)牧業(yè)的條件。2012年，正大集團與平朔集團合作建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范項目，項目選址正在復(fù)墾區(qū)內(nèi)。項目建成后的每年創(chuàng)造產(chǎn)值26.4億，間接帶動農(nóng)業(yè)及相關(guān)行業(yè)產(chǎn)值20億元。同時項目產(chǎn)生的有機肥料可滿足周邊20萬畝土地的有機肥需要，拉動有機食品的發(fā)展，該項目將會成為融高科技與現(xiàn)代管理為一體的標志性項目，同時也成為露天煤礦土地復(fù)墾的示范性基地。

Slope Stability and Technical Measures of Prevention and

Control of landslide in Open Pit Mine

YANG Jun

AbstractAnalyses the open pit coal mine slope accident harm. By determining side slope angle, stability coefficient, slope stability angle and abandoned height of dump, puts forward a series of measures such as strengthen the monitoring of slope, ground waterproof, underground water pressure control and so on. Effectively prevent and control the occurrence of the open pit coal mine slope disasters. Security, economic and social benefits areremarkable.

Key wordsStrip mining; Slope stability; Landslide of prevention and control

中圖分類號：TD824.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)04-0042-03