喬?hào)|亮，張永貴，商啟蒙，張冉昊，王智慧，段曉磊

（北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

露天礦排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性是露天開(kāi)采領(lǐng)域中重要的問(wèn)題，隨著露天礦產(chǎn)量規(guī)模的不斷增大，排土場(chǎng)排棄容量增加，排棄高度加大，排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題更為突出。魏家峁露天煤礦東一排土場(chǎng)于2015 年排棄到界停止使用。由于幫坡角較大及近幾年的雨水浸泡、沖刷，東一排土場(chǎng)西南側(cè)局部邊坡出現(xiàn)沖溝、裂縫、管涌和片幫，有局部邊坡滑坡的征兆[1]。該處邊坡下部1060 平盤(pán)有1 條村民道路，常有村民和車(chē)輛經(jīng)過(guò)，此處滑坡將掩埋村民道路，造成出行不便甚至是人身傷亡事故。村民道路緊臨罐子溝河道，若滑坡方量大將堵塞罐子溝河道，影響露天煤礦發(fā)展和當(dāng)?shù)鼐用裆?。所以治理魏家峁露天煤礦東一排土場(chǎng)邊坡滑坡尤為必要[2]。

1 礦山概況

魏家峁露天煤礦位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部，是一座現(xiàn)代化大型露天煤礦，該礦一期設(shè)計(jì)規(guī)模6 Mt/a，二期規(guī)模為12 Mt/a，平均剝采比為7.04 m3/t。魏家峁露天礦是國(guó)內(nèi)地形條件較復(fù)雜的露天煤礦。突出特點(diǎn)為黃土高原沖溝多、梁峁多[3]。魏家峁露天礦共設(shè)計(jì)了3 個(gè)外排土場(chǎng)，分別為東一、東二、西南外排土場(chǎng)。設(shè)計(jì)東一排土場(chǎng)最大幫坡角為18°，下部水平標(biāo)高1 060 m，頂部水平標(biāo)高1 220 m，總高程160 m，每個(gè)臺(tái)階高度20 m，自然安息角33°，每個(gè)臺(tái)階寬度為40 m。東一排土場(chǎng)最終幫坡角為19°，1060 臺(tái)階、1080 臺(tái)階、1100 臺(tái)階3 個(gè)臺(tái)階組成的局部幫坡角為33°。另外，排水系統(tǒng)不佳，邊坡常年受到雨水沖刷，多個(gè)臺(tái)階形成了大小不一的沖溝，1060 平盤(pán)出現(xiàn)裂縫且平盤(pán)邊緣沉降嚴(yán)重；1080平盤(pán)寬度窄、無(wú)反坡且已產(chǎn)生橫向嚴(yán)重裂縫；3 個(gè)臺(tái)階不同程度存在坡面沖溝、片幫垮塌[4]。

2 邊坡穩(wěn)定性

2.1 影響因素

排土場(chǎng)邊坡是由松散的土和巖石混合排棄后堆積形成，其穩(wěn)定性不但受制于混合物料的強(qiáng)度和排棄后空間的分布規(guī)律，而且還受到排土場(chǎng)地地表斜率、場(chǎng)地基礎(chǔ)巖土體抗剪強(qiáng)度、堆積坡度和高度、排棄巖土體的化學(xué)成分、水流滲透壓力及動(dòng)水壓力等因素影響。東一外排土場(chǎng)邊坡屬典型的土質(zhì)邊坡，主要受載荷和降水影響[5]。

1）載荷影響。邊坡的穩(wěn)定性在一定程度上受到荷載的影響。東一外排土場(chǎng)失穩(wěn)區(qū)涉及1060、1080、1100 3 個(gè)臺(tái)階。1060 臺(tái)階～1080 臺(tái)階高度約20 m，頂部平盤(pán)寬度7～11 m；1080 臺(tái)階～1100 臺(tái)階高度約20 m，頂部平盤(pán)寬度6～15 m；1100 臺(tái)階～1120 臺(tái)階高度約23 m，頂部平盤(pán)寬度68～84 m。1100 臺(tái)階～1120 臺(tái)階荷載較大，是造成排土場(chǎng)邊坡失穩(wěn)的重要因素之一[6]。

2）水的作用。水是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素，排土場(chǎng)50 %以上滑坡受水流影響，大部分滑坡發(fā)生在雨后。邊坡受到水的威脅主要表現(xiàn)在：巖石被軟化、強(qiáng)度被降低，以及水產(chǎn)生的靜水壓力與動(dòng)水壓力對(duì)邊坡作用。靜水壓力是飽水巖體受到浮力而產(chǎn)生浮重，減輕了邊坡本身的質(zhì)量，當(dāng)邊坡的穩(wěn)定性不足以被邊坡的自重維持時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性就會(huì)下降，動(dòng)水壓力作為體積力是指巖石顆粒受到在流通過(guò)程中滲流水的滲透力的作用，動(dòng)水壓力的方向與流線方向平行，坡體的內(nèi)部會(huì)因?yàn)槌Ｄ甑那治g和流動(dòng)而被掏空，降低了邊坡的穩(wěn)定性，失穩(wěn)現(xiàn)象容易發(fā)生[7]。

3）時(shí)間效應(yīng)。露天礦邊坡的變形和破壞大多與巖體中軟弱夾層的時(shí)效蠕變特征有著較大的關(guān)系，其抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間的增加而降低。如剪力不超過(guò)層面的長(zhǎng)期剪切強(qiáng)度時(shí)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；如剪力超過(guò)層面的長(zhǎng)期抗剪強(qiáng)度時(shí)，邊坡便發(fā)生不穩(wěn)定蠕變，最后達(dá)到加速蠕變而發(fā)生滑坡。東一外排土場(chǎng)排棄到界已4 年，時(shí)間效應(yīng)是影響其滑坡原因之一[8]。

2.2 穩(wěn)定性系數(shù)

分析東一外排土場(chǎng)西南側(cè)邊坡工程地質(zhì)條件，該處邊坡排棄物料為松散黃土，邊坡基底為原始沉積形成的第四系黃土，黃土下伏黏土層、泥巖層。計(jì)算所選取的物料力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)表

根據(jù)東一排土場(chǎng)工程地質(zhì)模型，選取失穩(wěn)區(qū)剖面進(jìn)行數(shù)值分析。剖面計(jì)算模型沿邊坡傾向長(zhǎng)度為411 m，計(jì)算中排棄物料、黃土、泥巖和基底均采用摩爾庫(kù)倫模型。

剖面上層為排棄物料，密度較大，中間層屬于黃土層，底下夾雜1 層黏土層。邊坡的塑性區(qū)主要分布在下伏黃土層以及排棄物料的坡面上，因排土場(chǎng)下伏黃土較厚，本身黃土的抗壓力相對(duì)較小，與基底夾雜的黏土層抗滑力較弱，隨著排棄堆載高度的增大，黃土基底發(fā)生沉降，造成此處坡面發(fā)生剪切破壞。計(jì)算中排棄物料、黃土、泥巖和基底均采用摩爾庫(kù)倫模型計(jì)算，以利用FLAC3D軟件模擬豎直張裂縫-近圓弧形破壞的邊坡破壞模式進(jìn)行計(jì)算論證，論證結(jié)果顯示邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)FS＝1.39，滿足規(guī)范要求。但邊坡下部3 個(gè)臺(tái)階組成的局部邊坡最危險(xiǎn)滑面穩(wěn)定性系數(shù)FS＝1.02，小于設(shè)計(jì)規(guī)范1.2～1.5 的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，邊坡易沿原始沉積黃土層坡面發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而引起上部排棄形成的黃土臺(tái)階跟隨滑動(dòng)產(chǎn)生整體滑坡。

3 綜合治理方案

綜合考慮村民道路通行安全、減小邊坡載荷、減少大氣降水影響，經(jīng)實(shí)地勘察，對(duì)于東一排土場(chǎng)滑坡采用村民道路改道、削坡減載、完善排水系統(tǒng)的綜合治理方案。

3.1 村民道路改道

原村民路自西向東環(huán)繞東一排土場(chǎng)，從東一排土場(chǎng)最下部1 060 m 水平逐漸爬升至1 120 m 水平平盤(pán)，村民道路寬6 m。實(shí)地觀測(cè)，偶有村民及車(chē)輛從下部經(jīng)過(guò)，存在很大安全隱患。所以決定將原村民路進(jìn)行改道處理。村民改道充分利用原有坡道和地形條件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況定出改道后路線，改道后村民路長(zhǎng)為1 000 m，路寬為6 m，從高危邊坡西側(cè)1 070 m 水平處利用原坡道折返至1 120 m 水平平盤(pán)，再經(jīng)聯(lián)絡(luò)路、1120 平盤(pán)，最后于1120 平盤(pán)東側(cè)與原村民路相接。改道所需坡度需填方8 940 m3。改道后村民路需用矸石鋪墊、平整、碾壓，砂石鋪墊厚度0.7 m。同時(shí)，東一排土場(chǎng)入口經(jīng)1100 平盤(pán)至新修村民路也需修1 條寬為6 m 道路，道路長(zhǎng)度為1 300 m，砂石鋪墊厚度0.7 m，也需用矸石鋪墊、平整、碾壓。2 條道路所需砂石量9 660 m3。總工程量1.86 萬(wàn)m3。

3.2 削坡減載

削坡減載措施綜合考慮后續(xù)改路、削坡物料就近處理、已形成臺(tái)階坡底不動(dòng)的原則，將1100 臺(tái)階～1120 臺(tái)階施工形成2 個(gè)10 m 高的臺(tái)階，形成的中間平盤(pán)標(biāo)高為1 110 m 水平，形成的臺(tái)階坡面33°，削坡完成后1100 臺(tái)階～1110 臺(tái)階保留原剩余坡面。削坡總挖方量約6.2 萬(wàn)m3，挖方量用于連通南北2個(gè)1 120 m 水平平盤(pán)，運(yùn)輸距離100 m。連通段寬度30 m，基本實(shí)現(xiàn)挖填平衡，連通后道路需用設(shè)備推平碾壓，削坡后臺(tái)階需用反鏟刷坡[9]。

在邊坡進(jìn)行削坡減載后，整體邊坡角由33°減小到25°，經(jīng)過(guò)用FLAC3D軟件進(jìn)行驗(yàn)算，得到邊坡穩(wěn)定性系數(shù)由治理前的1.02 提高到1.22，滿足露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范中外排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 防治水措施

東一排土場(chǎng)排水系統(tǒng)不完善，常年受雨水沖刷，形成多條沖溝。東一排土場(chǎng)1160 臺(tái)階、1140 臺(tái)階、1120 臺(tái)階、1100 臺(tái)階、1080 臺(tái)階都有較大沖溝，有的臺(tái)階不止1 個(gè)沖溝。為避免發(fā)生失穩(wěn)，防治水措施必不可少。

從經(jīng)濟(jì)有效的角度出發(fā)，先行填堵沖溝位置，再采用截堵措施。凡是有沖溝的地方全部進(jìn)行回填，1160 平盤(pán)、1140 平盤(pán)、1120 平盤(pán)、1100 平盤(pán)、1080 平盤(pán)邊緣做擋墻和反坡，平盤(pán)中間做圍梗，平盤(pán)上修筑1 條道路方便綠化施工和邊坡巡視。沖溝回填和圍梗采用就地取土方式，填完沖溝需推平碾壓，圍埂需用鏟斗拍壓整形。

道路用砂石鋪墊、平整、碾壓，砂石來(lái)源于采場(chǎng)，砂石運(yùn)輸費(fèi)用包含在剝離項(xiàng)目中。擋墻高度同原擋墻高度不低于1.5 m；平盤(pán)邊緣反坡坡度3%～5%；圍梗上頂寬度0.5 m，下底寬度1.5 m，高度0.5 m，圍梗間距50 m，遇較窄平盤(pán)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加密處理。計(jì)劃沖溝填方5.13 萬(wàn)m3，圍梗工程量為2 110 m3。平盤(pán)道路長(zhǎng)3 807 m，寬6 m，厚0.45 m，工程量1.028 萬(wàn)m3。

通過(guò)東一外排土場(chǎng)西南側(cè)邊坡綜合治理，提高了邊坡穩(wěn)定性，降低了邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，保障了下部行人車(chē)輛安全，消除了滑坡物料堵塞罐子溝河道的安全隱患。提高了村民道路的路面質(zhì)量，方便了附近村民安全出行，企業(yè)在當(dāng)?shù)厣鐣?huì)贏得了較好的口碑。同時(shí)，通過(guò)施工治理，排土場(chǎng)平臺(tái)和邊坡得到綜合防治，水土流失得到有效控制，調(diào)水保土效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)魏家峁露天煤礦東一外排土場(chǎng)西南側(cè)邊坡重要性進(jìn)行了論述，計(jì)算了失穩(wěn)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.02。通過(guò)分析此處邊坡失穩(wěn)的主要影響因素，針對(duì)性的采取了削坡減載、建立排水系統(tǒng)、村民路改道措施，將此區(qū)域邊坡穩(wěn)定性系數(shù)提高至1.22，提高了邊坡穩(wěn)定性，降低了邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，水土流失得到有效控制，調(diào)水保土效益顯著。所采用的研究方法及所得結(jié)論對(duì)類似礦山到界外排土場(chǎng)失穩(wěn)邊坡治理有一定實(shí)踐價(jià)值。