勝利東二號露天煤礦最終幫局部裂縫對邊坡穩(wěn)定性影響的分析

王守功

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

勝利東二號露天煤礦位于勝利煤田中東部，具有埋藏深、煤層厚、巖性軟的特點，露天開采最大深度623 m，聚煤中心區(qū)的煤層總厚度（4＃～11＃煤）最厚達320.65 m[1]。采場南幫東部自2011年開始變形，至2011年底形成2條圓弧形裂縫帶；2012年7月28日暴雨，到2013年裂縫帶發(fā)育為后緣的采場、排土場復(fù)合邊坡滑坡，南幫滑坡對露天礦的建設(shè)及生產(chǎn)接續(xù)影響較大。通過國內(nèi)知名專家級多個科研院校研究分析，勝利東二號露天煤礦屬于高大軟巖邊坡，尤其是采場南幫，其穩(wěn)定性受順傾弱層、地下水、斷裂構(gòu)造及時間等多因素影響較大，造成南幫大面積滑坡。為避免采場向西推進過程中，新揭露的采場南幫到界邊坡再次出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，在開采過程中，加強邊坡巡視，針對局部邊坡變形，及時進行邊坡穩(wěn)定分析評價是露天礦安全生產(chǎn)的最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)[2]。

1 現(xiàn)場勘查監(jiān)測及問題

1）變形情況。2019年2月11日，露天礦邊坡巡視人員發(fā)現(xiàn)南幫西部1020～1008 m水平坡道北側(cè)、1008 m平盤出現(xiàn)裂縫，且上下平盤裂縫幾乎相連，裂縫北側(cè)伴有略微沉降。裂縫位于31?！?2?？碧骄€之間，東西長度約110 m、最大寬度約12 cm，結(jié)合以往南幫變形情況分析，此裂縫為新出現(xiàn)的裂縫，與南幫二號裂縫帶無關(guān)。同時對下部996、984、972 m各平盤進行了現(xiàn)場巡視，未發(fā)現(xiàn)有明顯裂縫和搓動現(xiàn)象。

2）周邊GPS點監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況。通過對2月1日至2月17日區(qū)域內(nèi)GPS6－3監(jiān)測點位移數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測點位移速度分別為7.8 mm/d，垂直位移速度分別為－0.5 mm/d，監(jiān)測點位移速度較1月有所提升。監(jiān)測點位移曲線如圖1。

圖1 矢量偏移速度示意圖

3）問題提出。通過上述GPS數(shù)據(jù)變化及現(xiàn)場變化情況分析，附近GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)緩慢增大，雖下部平盤暫未發(fā)現(xiàn)明顯變化，但仍存在以下安全風(fēng)險：一是1020～1008 m水平坡道北側(cè)出現(xiàn)裂縫，此運輸?shù)缆窞椴蓜冞\輸?shù)闹鞲陕罚舭l(fā)生邊坡變形變化，存在安全風(fēng)險；二是960 m水平以下各平盤逐步到界過程中，存在滑坡風(fēng)險，影響了下部采剝工程的安全進行。因此，及時對變形區(qū)域進行邊坡穩(wěn)定性分析，采取相應(yīng)的治理措施，對保障安全生產(chǎn)是非常必要的。

2 變形區(qū)域邊坡穩(wěn)定性

2.1 典型剖面的選取

依據(jù)2019年3月采掘工程計劃平面圖，選取32?？碧骄€西130 m處A—A′剖面為采場南幫西部邊坡穩(wěn)定性典型剖面。主要分析上部裂縫對下部948、960 m平盤采剝工程的影響，以及對南幫運輸主干路的影響。根據(jù)以往邊坡研究成果及南幫東部滑坡原因分析，可能從南幫現(xiàn)有裂縫至972 m平盤或至948 m平盤形成滑面剪出，因此，主要以此2種可能出現(xiàn)的滑坡形勢進行邊坡穩(wěn)定性分析，驗證現(xiàn)有南幫邊坡變形對采場下部開拓降深的影響。采場南幫西部A—A′典型剖面位置示意圖如圖2，剖面示意圖如圖3。

圖2 采場南幫西部A—A｀典型剖面位置示意圖

圖3 剖面示意圖

2.2 邊坡穩(wěn)定性計算分析基礎(chǔ)

1）采用GEO－SLOPE／W巖土邊坡穩(wěn)定性分析軟件對各典型剖面模型進行計算，計算模式采取摩根斯坦－普瑞斯（Morgenstern－Price）法。

2）本次計算未考慮震動、地下水等影響邊坡穩(wěn)定的因素。

2.3 南幫巖土層物理力學(xué)指標

綜合現(xiàn)場踏勘、以往地質(zhì)勘探資料、各高等院校及煤科院對邊坡穩(wěn)定性評價的研究成果，邊坡穩(wěn)定性分析所選取的各巖土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 現(xiàn)場施工的裝藥參數(shù)

2.4 典型剖面邊坡穩(wěn)定性

依據(jù)GB 50197—2015煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計規(guī)范[3]中對安全儲備系數(shù)的規(guī)定，服務(wù)年限大于10年，非工作幫邊坡穩(wěn)定性系數(shù)應(yīng)大于1.2。采場南幫西部A—A′剖面（滑面1）的穩(wěn)定性系數(shù)為1.381，大于邊坡穩(wěn)定性系數(shù)1.2，滿足邊坡穩(wěn)定性要求，預(yù)測潛在滑面自1 008～ 972 m水平剪出，此位置邊坡為凸邊坡，下一步應(yīng)將此區(qū)域邊坡列為邊坡重點監(jiān)測位置，密切關(guān)注南幫滑坡區(qū)西部拉裂帶向西發(fā)展情況。采場南幫西部A—A′剖面（滑面2）自1 008 m水平至948 m水平剪出的潛在滑面的穩(wěn)定性系數(shù)為1.421，大于邊坡穩(wěn)定性系數(shù)1.2，滿足邊坡穩(wěn)定性要求。

2.5 邊坡變形原因

1）地質(zhì)巖性構(gòu)造的影響。南幫西部972～1 008 m邊坡自上而下為：①第三系棕紅色黏土，1 008 m水平至992 m水平，厚約16.21 m；②第三系黃色黏土，含礫（砂）黏土，992 m水平至977 m水平，厚約14.25 m；③未完全固結(jié)的薄泥炭，厚約0.86 m。整體為軟巖順傾邊坡[4]。因泥炭節(jié)理發(fā)育較好、易發(fā)生錯動，同時南幫整體為高大連續(xù)順傾軟巖邊坡也不利于邊坡穩(wěn)定。

2）南幫1 008～972 m平盤局部邊坡角陡。依據(jù)2011年遼寧工程技術(shù)大學(xué)對南幫邊坡進行穩(wěn)定性分析及治理，提交報告《勝利東二露天煤礦南幫邊坡穩(wěn)定性分析及治理研究》，為了保障南幫的邊坡穩(wěn)定，將最終幫坡角由25°調(diào)整至18°。因2018年生產(chǎn)計劃道路布設(shè)影響，導(dǎo)致972～ 1 008 m水平局部邊坡角變陡，驗收后局部幫坡角為22°。通常情況，邊坡越陡，平盤寬度較小，導(dǎo)致在坡頂產(chǎn)生張應(yīng)力，在坡腳產(chǎn)生強烈的剪應(yīng)力，并引起坡頂出現(xiàn)張裂縫，坡腳出現(xiàn)剪切破壞帶，極大地降低邊坡穩(wěn)定性。

3）地下水影響。勝利東二號露天煤礦含水層由上至下為第四系松散巖類孔隙潛水含水層，第三系孔隙、裂隙潛水含水層，含水層規(guī)模小，分布不均，地下水的蠕動對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響[5]。

3 采取的安全保障措施

3.1 安全技術(shù)措施

1）在1008、996、972 m平盤裂縫北側(cè)設(shè)置檢測點和人工監(jiān)測樁，讓此檢測點和地表監(jiān)測點形成1條檢測線，技術(shù)人員加強關(guān)注力度通過GPS監(jiān)測系統(tǒng)、邊坡監(jiān)測雷達及人工監(jiān)測樁對采場南幫區(qū)域進行全面地實時監(jiān)測，每日對監(jiān)測樁的位移變化進行測量，并將監(jiān)測樁的位移數(shù)據(jù)報至公司調(diào)度。應(yīng)對邊坡變形速度加快，及時提出邊坡滑坡預(yù)防措施。發(fā)現(xiàn)邊坡變形超過預(yù)警值，公司調(diào)度及時啟動滑坡應(yīng)急預(yù)案[6]。

2）根據(jù)地質(zhì)寫實及巖性變化，在保障整體幫坡角不變的情況下，可增大972 m平盤寬度作為保安平盤，防止上部臺階落塊或片幫，造成設(shè)備以及人員損傷。

3）盡快形成西幫996 m至地表運輸主干路，代替現(xiàn)有在1 020 m至996 m平盤運輸主干道。在西幫未形成運輸?shù)缆菲陂g，在保障1 020 m至1 008 m平盤運輸坡道安全通行寬度的情況下，將先北側(cè)擋墻南移，降低裂縫片幫的影響，且進行觀察作業(yè)，加強道路巡視。

4）根據(jù)地質(zhì)寫實，南幫4煤頂板以上主要為炭質(zhì)泥巖和紅黏土，已發(fā)生片幫，為了避免日后片幫出現(xiàn)連片現(xiàn)象，建議4煤頂板以上各到界臺階按45°設(shè)計臺階坡面角設(shè)計施工。

5）邊坡巡視員每天對該區(qū)域1 020 m至1 008 m坡道及1 008 m至972 m各平盤進行重點巡視，重點觀察裂縫變化和各臺階搓動情況，每天對各平盤拍攝照片存檔，并進行認真對比。

6）當班副總工、隊長、工長及安全員巡視路線在各班設(shè)備施工作業(yè)前，重點巡視該區(qū)域1 020 m至1 008 m坡道及1 008 m至972 m各平盤邊坡變化，確認無異常后方可作業(yè)。

7）加強地面防水和坑下排水工作，防止地面水流入坑下影響邊坡的穩(wěn)定[7]。

8）在非工作幫和端幫，要嚴格按照設(shè)計進行剝挖，不能過界，不得超挖坡底線[8]。

9）非工作幫、端幫和到界臺階，有露頭煤和煤層存在，應(yīng)加以封蓋和采取其它防止風(fēng)化的措施。

3.2 施工安全作業(yè)措施

1）在972 m平盤以下各平盤進行采剝工程作業(yè)時，必須對作業(yè)人員下達安全技術(shù)交底書，每位作業(yè)人員必須掌握安全技術(shù)措施及要求，嚴禁無關(guān)人員進入1 008 m平盤至972 m平盤裂縫區(qū)域。所有在該區(qū)域作業(yè)人員必須熟悉《滑坡事故應(yīng)急預(yù)案》內(nèi)容，掌握裂縫影響范圍、安全撤離路線、應(yīng)急報告流程及應(yīng)急處理措施等。

2）在該區(qū)域作業(yè)管理人員對講機、手機必須24 h處于開機狀態(tài)，確保信息暢通。設(shè)備、人員通信設(shè)備故障或不通暢時，設(shè)備及人員要及時地撤離作業(yè)區(qū)域。

3）作業(yè)中突發(fā)下列情況應(yīng)立即組織設(shè)備人員撤離，同時上報露天礦生產(chǎn)辦，啟動現(xiàn)場應(yīng)急處置方案：①出現(xiàn)原巖開裂響聲；②臺階或工作面邊緣出現(xiàn)錯動、裂縫應(yīng)立即撤離；③作業(yè)區(qū)域附近出現(xiàn)巖層小型坍塌、崩落現(xiàn)象；④作業(yè)區(qū)域附近上部臺階物料出現(xiàn)連續(xù)滑落（或滾落）；⑤出現(xiàn)其它滑坡征兆，可能危及設(shè)備及人員安全的情況。

4 結(jié)語

1）此處因巖體構(gòu)造、局部邊坡陡及地下水等因素影響，產(chǎn)生的單臺階松動破裂，基本不會造成整體滑坡現(xiàn)象，同時對972 m平盤以下各臺階施工作業(yè)影響較小，在采取必要的安全保障措施的前提下，可以進行施工。

2）加強對到界臺階管理，嚴格按設(shè)計進行采剝工程；臺階到界后及時布設(shè)邊坡檢測系統(tǒng)，加強邊坡巡視；針對到界幫，提前做好預(yù)疏干工作，降低水對邊坡的影響。

3）根據(jù)地址寫實情況，合理放緩單臺階坡面角，提高單臺階的穩(wěn)定性。

4）各幫由上到下逐步到界過程中，需采取必要的安全技術(shù)措施和安全作業(yè)措施，保障安全生產(chǎn)順

利進行。