王孝亮，張 托，韓 猛

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

壓腳回填技術在邊坡變形治理中的應用

王孝亮，張 托，韓 猛

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

以我國蒙東地區(qū)某露天煤礦邊坡變形實例為基礎，分析了邊坡變形原因及潛在滑坡模式，確定了內排壓腳回填技術為邊坡變形治理的主要技術手段。通過建立工程地質模型和邊坡穩(wěn)定性計算，確定了最優(yōu)內排壓腳回填高度為24 m，并對非工作幫邊坡裂縫及內排554平盤進行平整與壓實，最終將邊坡變形速度控制在安全可控范圍內，及時地實現了露天礦生產接續(xù)，避免了滑坡災害的發(fā)生，保障了邊坡穩(wěn)定與安全。

內排壓腳；邊坡治理；邊坡穩(wěn)定性；回填高度

0 引 言

隨著我國經濟建設的快速發(fā)展，能源消費也隨之迅速增長。大型露天煤礦開采規(guī)模越來越大，露天采場邊坡暴露出的問題也在不斷增加。邊坡穩(wěn)定是影響露天礦開采的重要因素，因邊坡失穩(wěn)造成的地質災害不僅僅會影響正常的采礦作業(yè)，甚至威脅人員和設備的安全，造成巨大的經濟損失。目前，壓腳回填技術在露天煤礦邊坡變形防治中應用廣泛，在邊坡底部回填物料不僅能夠有效地控制上覆巖體的運動，保障邊坡穩(wěn)定與安全，還有利于露天煤礦實現采排一體化，提高煤炭資源采出效率[1-4]。

1 工程實例

2015年4月我國內蒙古蒙東地區(qū)某露天煤礦非工作幫邊坡及內排土場出現大規(guī)模變形，非工作幫邊坡產生眾多沿走向方向的裂縫，裂縫寬度0.1～1.5 m，長度200～600 m不等，內排土場底部平盤554水平產生底鼓現象。根據邊坡位移監(jiān)測數據，期間邊坡最大水平位移速度達461 mm/d，最大沉降速度達83 mm/d，邊坡水平位移距離約7.8 m，邊坡沉降量為2.6 m，內排土場底部554平盤抬升高度最高約4 m，該礦于4月底暫停了開采工作，非工作幫邊坡位移監(jiān)測數據曲線如圖1所示。

2 邊坡變形治理方案

2.1 變形原因分析

結合露天礦邊坡變形現狀及工程地質勘查成果資料，分析認為本次邊坡變形原因主要有以下3個方面[5-6]：

圖1 邊坡監(jiān)測數據曲線

1）內排物料巖體強度低。內排土場排棄物料主要由松散巖體構成，這些松散巖體是由原采場巖土體在破碎后經排棄而組成的混合巖體，采場巖石經破碎而又重筑后改變了原有的物理力學性質，巖體結構松散，力學強度低，在上部荷載作用下易發(fā)生位移變形及底鼓現象。

2）結構面特征顯著。內排土場底板巖層主要為泥巖及炭質泥巖，巖石強度為軟巖～極軟巖，單軸抗壓強度f=3～8 MPa，粘聚力C=2.5～6.5 kPa，內摩擦角φ=7.8°～9.2°，為弱層結構。巖石顆粒膠結性能差，吸水后體積容易膨脹，使上部非工作幫邊坡及內排土場易沿著底板泥巖弱層位置向底部滑動，上部非工作幫邊坡在拉張應力作用下產生裂縫，內排土場底部在上部荷載作用下產生底鼓，極大地影響了邊坡的穩(wěn)定性。

3）凍融弱化巖土體結構。受季節(jié)性凍融循環(huán)影響，巖土體含水量與巖體強度的變化顯著，凍融循環(huán)使排土場的巖土體結構性得到顯著的弱化。冬季氣溫寒冷，邊坡受雨雪影響產生凍結，巖體裂隙因水的凍結增大了其體積，結果導致現存裂隙的加寬，并產生新的裂隙，降低了巖土體的粘聚力。4月份開始氣溫逐漸升高，冰雪融化，凍結作用逐步消失，邊坡巖體含水量逐漸增加，降低了巖體之間相互作用力，軟化了內排土場底板泥巖，加速了邊坡變形作用，使得邊坡穩(wěn)定性逐漸變差。

2.2 壓腳回填方案

根據邊坡變形實際情況及變形原因分析，認為潛在邊坡變形破壞模式為坐落滑移式，確立了內排壓腳回填技術為本次邊坡治理的主要應用技術手段[7-10]。通過建立工程地質模型及邊坡穩(wěn)定性計算，得出內排554平盤在增加不同內排壓腳高度下的邊坡穩(wěn)定系數，最終確定合理地內排壓腳回填高度，并計算出內排壓腳回填土方量。因內排土場設計臺階高度為12 m，因此計算了內排壓腳增高高度為12 m、24 m和36 m時的邊坡穩(wěn)定系數，工程地質模型如圖2，計算結果見表1。

圖2 工程地質模型

表1 不同內排壓腳高度下的邊坡穩(wěn)定系數

根據上表1的計算結果可知，當內排壓腳增加高度為0 m時，即現狀邊坡條件下的邊坡穩(wěn)定系數為1.027，此時邊坡處于臨界邊緣狀態(tài)，邊坡出現了位移變形，產生了裂縫與底鼓，下一步很可能將產生滑坡。當內排壓腳增加高度為12 m時，此時的邊坡穩(wěn)定系數為1.136，不滿足非工作幫邊坡安全儲備系數1.2的要求。當內排壓腳增加高度為24 m時，邊坡穩(wěn)定系數為1.205，剛好滿足邊坡安全儲備系數1.2的要求，此時內排壓腳土方量為28×104m3。當內排壓腳增加高度為36 m時，因壓腳土方量過大將對后續(xù)底部煤層開采帶來安全隱患，故不宜采用。

因此，最終確定了內排壓腳回填高度為24 m，即將原有554平盤增高至578平盤，平盤寬度保持不變，所需內排壓方量為28×104m3，內排壓腳回填物料選取采場剝離出的松散巖土體，并對平盤表面充分碾壓充實。同時將非工作幫邊坡上出現的裂縫用較松散的巖土物料填埋，然后碾壓平整充實，防止地表雨水入滲以降低邊坡的穩(wěn)定性。

3 邊坡變形治理效果分析

該礦于2015年4月底暫停了煤層開采工作，內排壓腳回填方案于4月29日開始實施，于5月10日完成了回填工作，期間還完成了非工作幫邊坡裂縫平整工作，共歷時12 d。內排壓腳回填完畢后，邊坡穩(wěn)定系數達到1.2以上，邊坡位移變形速度逐漸降低，于5月底水平位移速度降至60～70 mm/d，沉降速度降至 -10～-20 mm/d，并逐漸平穩(wěn)，邊坡監(jiān)測數據如圖3所示。露天礦于6月初重新開始了煤層開采作業(yè)，邊坡變形速度一直處于安全可控范圍內，未出現變形加速情況，內排壓腳回填方案實施效果良好，邊坡變形治理效果顯著。

圖3 內排壓腳回填后邊坡監(jiān)測數據曲線

4 結 論

結合邊坡變形實際情況，通過邊坡變形原因及位移監(jiān)測數據分析，判定了潛在邊坡變形破壞模式為坐落滑移式，確定了內排壓腳回填技術為邊坡變形治理的主要技術手段。通過建立工程地質模型及邊坡穩(wěn)定性數值計算，確定了內排554平盤最優(yōu)壓腳回填高度為24 m，回填土方量為28×104m3，回填后的邊坡穩(wěn)定系數將達到1.2以上，同時對非工作幫邊坡出現的裂縫進行了平整與壓實。內排壓腳回填方案實施完畢后，邊坡水平方向變形速度從461 mm/d降至60～70 mm/d，沉降速度從-83 mm/d降至 -10～-20 mm/d，并逐漸趨于穩(wěn)定，邊坡變形治理效果良好，避免了滑坡事故的發(fā)生，未造成人員與設備損失，及時地為露天礦采礦作業(yè)接續(xù)創(chuàng)造了有利條件。

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【責任編輯：陳 毓】

Application of backfilling technique in slope deformation treatment

WANG Xiaoliang,ZHANG Tuo,HAN Meng
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

Based on the slope deformation of the open-pit coal mine in Inner Mongolia,the article analyzes the reason of slope deformation and the potential slide mode,determines that the inner dumping backfilling technique is the main technical means. Through the establishment of engineering geological model and the slope stability calculation,the mine determines that the height of inner dumping backfilling is 24 m,and compacts the slope cracks of non-working slope and inner dumping 554 flat pan.At last,the speed of slope deformation is to be within acceptable limits,which achieves the continuous production of open-pit time and ensures the slope stability and security.

inner dumping;slope treatment;slope stability;height of backfilling

TD824.7+2

B

1671－9816（2017）04－0004－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.002

王孝亮，張托，韓猛.壓腳回填技術在邊坡變形治理中的應用［J］.露天采礦技術，2017，32（4）：4-6.

2016-12-12

王孝亮（1990—），男，漢族，江西興國人，助理工程師，碩士，2014畢業(yè)于中國礦業(yè)大學（北京）地質工程專業(yè)，現就職于煤科集團沈陽研究院有限公司露天分院，從事邊坡穩(wěn)定性評價與研究工作。