任國(guó)柱，耿立君，鄭柏舉，孫艷輝，柴國(guó)強(qiáng)

（霍林河露天煤業(yè)股份有限公司，內(nèi)蒙古 霍林郭勒 029200）

滑坡分析與預(yù)防已成為災(zāi)害研究中的重點(diǎn)研究課題，由基礎(chǔ)理論可知邊坡變形破壞是多種因素綜合作用的結(jié)果，具體形成條件可分為內(nèi)部條件和外部條件。邊坡滑坡的內(nèi)部條件取決于邊坡內(nèi)的物質(zhì)構(gòu)成（如邊坡巖性、邊坡地質(zhì)、邊坡巖體內(nèi)的斷層、節(jié)理裂隙）和地形影響（如邊的結(jié)構(gòu)參數(shù)形狀、坡度、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等）；外部因素包括振動(dòng)、氣象條件、斜坡形狀、地下水位和人類活動(dòng)[1]。內(nèi)因是邊坡巖體變形破壞的主要因素，外因是邊坡巖體變形破壞的誘發(fā)因素[2]。

1 礦區(qū)概況

霍林河一號(hào)露天礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市霍林郭勒市境內(nèi)，地處大興安嶺南端的脊背，座落在科爾沁大草原中心地帶。東鄰興安盟，西靠錫林郭勒盟，南連赤峰市，北距中蒙邊界120 km，屬北溫帶大陸性氣候。一號(hào)露天礦是國(guó)家電投內(nèi)蒙古能源有限公司霍林河露天煤業(yè)股份有限公司下屬單位，始建于1981年6月，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、自行施工建設(shè)的第一座千萬(wàn)噸級(jí)現(xiàn)代化露天煤礦，核定年生產(chǎn)能力為1 800萬(wàn)t。近年來(lái)，邊坡穩(wěn)定性大大的制約了霍林河一號(hào)露天礦的產(chǎn)能釋放，還給安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的隱患，現(xiàn)已成為一項(xiàng)迫在眉睫的管理難題和技術(shù)難題。

2 邊坡穩(wěn)定性

2.1 地質(zhì)構(gòu)造因素對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響

1）礦區(qū)褶皺條件。煤田為寬緩向斜構(gòu)造，向斜軸與煤田分布方向一致，一般為N22 E。向斜兩翼地層傾角不同，略有不對(duì)稱[3]。

2）礦區(qū)斷層條件。該區(qū)大部分?jǐn)鄬訛槔煺龜鄬?，主要?組平行延伸，間距1～1.5 km的活動(dòng)斷層。在已探明的16條斷層中，主要斷層有4條[4]。F5是貫穿整個(gè)區(qū)域的主要走向斷層，位置可靠，擺動(dòng)小。F4是1個(gè)貫穿該地區(qū)北部的斷裂帶。F8是該區(qū)的主要橫向斷層，其準(zhǔn)確的位置和方向均有一定的擺動(dòng)。F8－1為F8斷層的1個(gè)分支，其方向可疑。然而，下降幅度很小，只有20～30 m，對(duì)礦業(yè)影響不大。

3）礦區(qū)圍巖賦存特征。含煤段地層包括礫巖、細(xì)礫巖、各種粒度的砂巖和泥巖。留下少量碳酸鹽結(jié)核和薄層。含煤地層中，各種地層包括：礫巖和細(xì)礫巖4%、粉砂巖21%、粗砂巖11%、泥巖14%、中砂巖7%、煤層24%、細(xì)砂巖15%、碳酸鹽結(jié)核及其膠結(jié)巖石4%。在上述巖石中，較粗的細(xì)礫巖和中砂巖主要由火山巖中的粗凝灰?guī)r、粗面巖和燧石碎屑組成，其次是長(zhǎng)石和長(zhǎng)石。細(xì)砂巖和粉砂巖主要由長(zhǎng)石和適時(shí)碎屑組成，其次是火山、碎屑和碎屑，有時(shí)含有少量云母。泥巖主要由水云母、高嶺石和蒙脫石等泥巖礦物組成。碎屑的磨圓特征：較硬的正時(shí)和長(zhǎng)石大多呈角狀和亞棱角狀?；鹕侥?guī)r碎屑更容易研磨成圓形，通常是亞圓形。

2.2 水文地質(zhì)因素對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響

1）礦區(qū)地下水條件?；袅趾用禾餅橛芍車媳P構(gòu)成的中低山所環(huán)繞的盆地，因而煤田內(nèi)、外含水層包括煤系風(fēng)化帶水，火山碎屑巖裂隙水，以及第四系砂礫石含水層等，均以大氣降水為主要補(bǔ)給水源。本區(qū)降水集中在6—8月份。

2）礦區(qū)含水層特征。該區(qū)主要含水層包括第四系砂礫石含水層、風(fēng)化煤系含水層和火山碎屑巖裂隙含水層。松散砂礫石含水層，廣泛分布于整個(gè)區(qū)域，洪泛平原和山前平原地區(qū)大面積裸露，主要由細(xì)砂、礫石和砂礫組成。風(fēng)化煤系帶含水層主要由淤泥、細(xì)砂巖和煤層孔隙、裂隙潛水和局部承壓組成，厚度為1.27～ 47.6 m，單位涌水量為0.134 L/（s·m）～1.361 L/（s·m）。東部含水層較厚，平均58.078 m；西部薄36.79 m，主要由大氣降水提供。單位涌水量為0.696～1.7 L/（s·m）?；鹕剿樾紟r裂隙含水層分布廣泛，主要由火山熔巖、凝灰?guī)r和凝灰?guī)r角礫巖組成。主要由含水風(fēng)化裂隙或含水構(gòu)造裂隙帶組成。含水量受裂隙發(fā)育控制，具有明顯的非均質(zhì)性。它通常呈帶狀分布，有時(shí)形成2～3層含水層。由于泥巖覆蓋，地下水部分具有承載力，水頭高于地表。就整個(gè)區(qū)域而言，屬于裂隙潛水，直接由大氣降水和上覆第四系含水層溢流補(bǔ)給。含水層集中在地下106 m以內(nèi)，最低標(biāo)高為721.702 m，含水層厚度一般為30 m～ 40 m，單位流入量高達(dá)46.026 L/（s·m）。

一號(hào)露天礦地層以堅(jiān)硬巖石與軟巖互層，軟弱結(jié)構(gòu)層多，結(jié)構(gòu)面走向與露天礦邊坡走向的夾角接近，巖體構(gòu)造簡(jiǎn)單，含水性中等，透水性弱，綜合分析一號(hào)露天礦整體邊坡類型為基本穩(wěn)定型。南端幫地層巖性為第四系砂土層、粉質(zhì)黏土層、霍林河上泥巖段地層，上覆排棄物，屬于原始揭露邊坡向采空區(qū)自然沉降，隨著南排北移、解凍及降雨的影響，局部有沉降可能。

2.3 地表位移監(jiān)測(cè)

1）南端幫位移監(jiān)測(cè)。南端幫3條監(jiān)測(cè)線7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，平面位置向西南方向移動(dòng)，累計(jì)平面移動(dòng)在25～ 45 mm之間，累計(jì)高程下降28～ 71 mm之間；5月份解凍期間位移較大，后期由于內(nèi)排跟進(jìn)，點(diǎn)位破壞較多，沒(méi)有進(jìn)一步監(jiān)測(cè)；分析認(rèn)為：南排北移，對(duì)原始邊坡增加荷載，使南端幫整體應(yīng)力重新分布，整體變形位移處于可控范圍。

2012年與2011年總體施工情況對(duì)比如下，在平均井深同比增加61m的情況下，完成井總量增加33口，鉆井總進(jìn)尺增加107 044m；鉆機(jī)月速提高687m／臺(tái)月，同比提高22.15%；建井周期縮短2d，同比減少17.12%。

2）南內(nèi)排位移監(jiān)測(cè)。南內(nèi)排6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，整體空間位置向東北方向移動(dòng)，累計(jì)平面移動(dòng)在48～344 mm之間，高程位移在－101～－453 mm之間，N1－3點(diǎn)位變化較大，位移整體速率較小，南內(nèi)排整體在逐步沉降中。平面向西南方向移動(dòng)，分析認(rèn)為屬于新排棄物自然沉降影響，整體基本穩(wěn)定。

3）觀禮臺(tái)位移監(jiān)測(cè)。觀禮臺(tái)周邊14個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，整體空間位置向西北、西南方向移動(dòng)。累計(jì)平面移動(dòng)在，104～ 967 mm之間，其中觀禮臺(tái)北部JC－P－22、JC－P－23監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面移動(dòng)較大，分別為907 mm和967 mm；高程位移在1～833 mm之間，其中JC－P－17、JC－P－22、JC－P－23點(diǎn)高程變化大，分別 為－314、－833、－830 mm；GNSS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，有加速位移趨勢(shì)，呈現(xiàn)上部下降，下部抬升趨勢(shì)，雖然位移量較小，但是處于整體變化中。極限平衡分析，安全儲(chǔ)備系數(shù)較低。目前仍處于緩慢蠕動(dòng)過(guò)程中，存在局部滑移可能。

4）西排位移監(jiān)測(cè)。西排在2月份發(fā)現(xiàn)沉降裂縫后，共布設(shè)5條監(jiān)測(cè)線。整體數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)，排土場(chǎng)靠近西側(cè)邊緣自然沉降大；西排局部位置坐落于原始低洼草原上，隨著上部荷載增加，底部淤泥質(zhì)基底發(fā)生塑變，上部松散排棄物勢(shì)必會(huì)發(fā)生不同程度的沉降。高程緩慢沉降，平面向西北方向移動(dòng)，分析認(rèn)為屬于新排棄物自然沉降影響，整體基本穩(wěn)定。

2.4 邊坡極限平衡分析

本次模擬計(jì)算，選取的各種力學(xué)參數(shù)，參考初期采礦設(shè)計(jì)、2006年煤炭科學(xué)研究總院西安研究院提交的穩(wěn)定性分析報(bào)告、沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司2015年10月提交的一號(hào)露天礦邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)中的數(shù)據(jù)，與實(shí)際情況會(huì)有一定出入，以南內(nèi)排為例，南內(nèi)排物料及巖性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 南內(nèi)排物料及巖性參數(shù)

極限平衡分析過(guò)程是基于以往工程地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，以一號(hào)露天礦內(nèi)排區(qū)域?yàn)槔?，此區(qū)域邊坡地質(zhì)情況為礦山矸石，所以不考慮受地下水影響。在不同軟弱層結(jié)構(gòu)面傾角下，采用極限平衡法，函數(shù)模型選用Bishop法[5]。

Bishop法自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面計(jì)算條件為：①圓弧穩(wěn)定分析方法：（Bishop法）[6]；②土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí)：當(dāng)下滑力對(duì)待；③穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo)：自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面[7]。

由于南內(nèi)排不受地下水的影響，底部軟弱結(jié)構(gòu)面較少，通過(guò)此函數(shù)模型進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定（安全）系數(shù)模擬分析可以得出，控制構(gòu)面傾角（坡面角）小于15°，安全系數(shù)會(huì)將大于1.25（此值為安全閾值），本區(qū)域穩(wěn)定性就較好。通過(guò)此例可以說(shuō)明構(gòu)面傾角越小，邊坡穩(wěn)定系數(shù)較高（不同區(qū)域根據(jù)地質(zhì)、水文、采礦等不同因素影響構(gòu)面傾角會(huì)有變動(dòng)，但安全系數(shù)閾值不變）。

按照上述模型計(jì)算霍林河一號(hào)露天礦各區(qū)域極限平衡系數(shù)，南內(nèi)排極限平衡系數(shù)為1.708，西排極限平衡系數(shù)為1.227，觀禮臺(tái)區(qū)域極限平衡系數(shù)為1.162。

3 邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果與邊坡防治

3.1 邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果

1）南內(nèi)排區(qū)域。整體地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)，數(shù)值模擬安全儲(chǔ)備系數(shù)較大，整體穩(wěn)定。

2）西排土場(chǎng)區(qū)域。目前整體數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)，排土場(chǎng)靠近西側(cè)邊緣自然沉降大。西排局部位置坐落于原始低洼草原上，隨著上部荷載增加，底部淤泥質(zhì)基底發(fā)生塑變，上部松散排棄物勢(shì)必會(huì)發(fā)生不同程度的沉降現(xiàn)象。

3）觀禮臺(tái)區(qū)域。經(jīng)過(guò)處理后整體變化平緩，但是局部點(diǎn)位位移明顯，地表位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和極限平衡分析數(shù)據(jù)顯示，安全儲(chǔ)備系數(shù)較低，觀禮臺(tái)區(qū)域整體較穩(wěn)定，但存在滑移可能。

3.2 邊坡滑坡防治

通過(guò)邊坡穩(wěn)定性分析可知，影響該礦區(qū)邊坡穩(wěn)定的因素較多，但幾項(xiàng)主要因素有著決定性的作用，針對(duì)分析結(jié)果制定符合該礦的邊幫治理與滑坡預(yù)防辦法。

1）南內(nèi)排區(qū)域邊坡治理與滑坡預(yù)防。南內(nèi)排邊坡為礦坑回填所形成，排土場(chǎng)主要物質(zhì)組成為采礦矸石，松散系數(shù)大，但底層基礎(chǔ)為地層硬巖，且排土場(chǎng)與硬巖直接相連，并排土場(chǎng)為整體連續(xù)，在不斷自然沉積的條件下會(huì)趨于穩(wěn)定，但在排土場(chǎng)形成過(guò)程中需要加強(qiáng)管理，設(shè)計(jì)的幫坡角要小于15°，并且要采取南內(nèi)排土場(chǎng)底部臺(tái)階與煤臺(tái)階坡底靠死的排土方式，利用底部形成的擋墻對(duì)排土場(chǎng)形成支撐。生產(chǎn)組織符合規(guī)范要求，留有充足的安全距離和汛期排水空間。建議在南內(nèi)排建設(shè)過(guò)程中加強(qiáng)區(qū)域邊坡監(jiān)測(cè)力度和監(jiān)測(cè)范圍。

2）西排和觀禮臺(tái)區(qū)域邊坡治理與滑坡預(yù)防。西排土場(chǎng)和觀禮臺(tái)區(qū)域是在原有地表為基礎(chǔ)的情況下建設(shè)的，此類區(qū)域?yàn)楸苊鈪^(qū)域性整體滑坡，在采礦設(shè)計(jì)時(shí)要注意在中坑區(qū)域與配采區(qū)域留有支柱性坡面（可隨著回填的跟進(jìn)，適時(shí)再采），從而阻斷排土場(chǎng)和邊坡幫面在自重應(yīng)力變化情況下引起的整體滑坡事故。

3）觀禮臺(tái)區(qū)域重點(diǎn)區(qū)域邊坡治理與滑坡預(yù)防。安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于模型閾值1.25是滑坡預(yù)防的重點(diǎn)區(qū)域，此區(qū)域受采掘場(chǎng)生產(chǎn)影響較大，請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)單位嚴(yán)格按采礦設(shè)計(jì)組織生產(chǎn)，必要時(shí)可對(duì)此區(qū)域做專項(xiàng)設(shè)計(jì)再生產(chǎn)，以保證邊坡穩(wěn)定安全。觀禮臺(tái)下部安裝2套半連續(xù)系統(tǒng)帶式輸送機(jī)，施工期間存在邊坡擾動(dòng)，而且邊坡傾向與巖層傾向相同，不利于該處邊坡穩(wěn)定，需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)此區(qū)域邊坡變形情況。加強(qiáng)觀禮臺(tái)監(jiān)測(cè)區(qū)域人工巡視工作，重點(diǎn)巡視880、900、950平盤，做好工程地質(zhì)寫實(shí)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

露天礦隨著開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，邊坡滑坡的危害越來(lái)越凸顯，已經(jīng)成為制約煤礦安全生產(chǎn)的極大隱患。通過(guò)對(duì)本礦區(qū)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究得出以下結(jié)論與成果：

1）歸納總結(jié)出影響露天礦滑坡的各因素主次關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行權(quán)重分配，結(jié)合地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析出本礦區(qū)邊坡變化規(guī)律。

2）根據(jù)滑坡原因與滑坡規(guī)律，選擇了適合本礦區(qū)特性的邊坡分析模型，對(duì)本礦區(qū)各邊幫做出了邊坡極限平衡分析。

3）通過(guò)極限平衡分析結(jié)果，有針對(duì)性對(duì)不同邊幫進(jìn)行滑坡預(yù)警，在危害發(fā)生前就對(duì)有滑坡傾的區(qū)域采取預(yù)防治理措施，防止邊坡滑坡事故的發(fā)生。

隨著露天煤礦“安全高效、綠色清潔”的發(fā)展步伐不斷前進(jìn)，邊幫滑坡治理也將更加側(cè)重于科學(xué)化、低成本高效率、防范于未然的道路。露天礦滑坡災(zāi)害的關(guān)鍵點(diǎn)就在于“邊坡穩(wěn)定性”，將其作為主要研究目標(biāo)才是追根溯源，才是從根本上研究露天礦滑坡的原因、表象、后果危害程度以及防治方法的正途，邊坡穩(wěn)定性分析必將成為露天礦滑坡防治和管理的重要手段及必由之路。