姜連軍

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

在露天礦生產中，采場邊坡的穩(wěn)定性至關重要，隨著生產規(guī)模的不斷增大，邊坡工作線的不斷增長，開采深度的逐漸增加，邊坡穩(wěn)定性問題越發(fā)突出。受地質構造、水文地質條件、生產作業(yè)的影響，以及受冰凍、降雨等影響，會導致邊坡出現(xiàn)滑坡。為保障采場邊坡的穩(wěn)定，避免滑坡事故再次發(fā)生，提升礦山經濟性及安全性，根據勝利東二號露天煤礦的南幫地質特征、南幫滑坡及未來建設情況，采用極限平衡分析、有限元分析、復合邊坡分析方法，對根據勝利東二號露天煤礦南幫邊坡穩(wěn)定性進行研究[1-4]，確定安全、經濟的邊坡形式，并由此提出采場南幫邊坡的防控措施[5-10]。

1 工程概況

勝利東二號露天礦采場南幫巖層順傾，巖石以碎屑沉積巖為主，巖石力學強度低，在地下水作用下易軟化、泥化，含煤地層中有弱面。南幫位于向斜盆地之南翼，發(fā)育有F68、F8、F61等斷層且?guī)r體節(jié)理裂隙發(fā)育，斷層走向與南幫邊坡傾向基本一致。區(qū)域內主要有4 個主要含水層，第四系孔隙水、第三系孔隙及裂隙潛水、4#煤組裂隙及孔隙承壓水、6 煤組裂隙及孔隙承壓水，巖層透水性差。

采場南幫邊坡于2011 年2 月出現(xiàn)變形，9 月初形成1＃、2＃2 條弧形裂縫帶。2012—2013 年，該邊坡受2 次強降雨影響，先后發(fā)生以1＃裂縫帶為后緣的采場南幫大滑坡及以2＃裂縫帶為后緣的采場南幫、南排土場復合邊坡大型滑坡。

南幫發(fā)生滑坡后，先后采取了削幫減負、削南排土場北側臺階減負、壓腳支撐等措施進行治理，但效果一般。后經多次組織專家及委托相關科研院所論證分析，確定采用橫采內排[2]壓腳的方式對南幫滑坡進行治理，即在采場東幫建立內排土場，在向西沿著煤層走向開采過程中，內排土場逐步跟進壓腳南幫，通過北幫對其支撐，實現(xiàn)支護南幫。目前內排土場頂面為963 m 水平，距計劃排棄地表高度約100 m，有效壓腳至南幫滑落區(qū)903 m 水平，上部區(qū)域未再次發(fā)生滑坡，實踐證明，該方法有效。隨著內排土場向西跟進壓腳，不僅能夠實現(xiàn)南幫滑坡區(qū)治理，而且可保證未來西推過程中南幫邊坡穩(wěn)定。

但在后續(xù)生產建設過程中，受北幫完全到界時間較晚，煤炭未完全采出的制約，內排土場推進至東北轉角處時將無法繼續(xù)向西發(fā)展，至北幫到界恢復內排時存在5 年左右的停排時間。隨著西幫推進，南幫邊坡暴露長度將逐步增大，待恢復內排時，南幫邊坡頂部長度達到約4 km，底部約0.7 km，由于南幫地質條件的特殊性，邊坡存在較大滑坡風險。后續(xù)生產建設過程中如果再次發(fā)生滑坡，將造成煤炭損失、生產無法接續(xù)的嚴重后果。

2 采場南幫邊坡穩(wěn)定性

1）極限平衡分析。根據邊坡地質特征，確定臨時邊坡安全儲備系數Fs＝1.05，到界邊坡或重要工程位置邊坡安全儲備系數Fs＝1.20。選取南幫邊坡角度大于19°時，邊坡穩(wěn)定系數均小于1.05，不滿足臨時邊坡安全儲備系數。選取南幫邊坡角度為18°時，邊坡穩(wěn)定系數為1.068，大于臨時邊坡安全儲備系數Fs＝1.05，只能滿足臨時邊坡安全要求，不能滿足較長時間的邊坡暴露。如繼續(xù)減小南幫邊坡角度，會進一步增大剝采比，經濟性較差，為此，在南幫邊坡角度選取18°的基礎上進行研究，考慮在南幫852 m 水平（最上部煤層頂板出露水平）留設寬平臺，以提高南幫邊坡的整體穩(wěn)定性。以初始留設平臺寬度20 m，計算步距10 m 進行計算，平臺寬度20 m 時邊坡穩(wěn)定系數為1.05，之后隨著平臺寬度增加逐步增大，在平臺留設寬度150 m 時（整體邊坡角度約15°），邊坡穩(wěn)定系數達到1.212，大于邊坡安全儲備系數Fs＝1.20。南幫852 m 水平留設150 m 寬平臺邊坡穩(wěn)定系數如圖1。根據極限平衡分析，南幫邊坡角18°時，邊坡穩(wěn)定系數為1.068，大于臨時邊坡安全儲備系數Fs＝1.05。所以，在回采852 m 水平以下煤柱使南幫整體到界時，通過隨采隨排，內排快速跟進壓腳方式，可保證南幫邊坡穩(wěn)定。

圖1 南幫852 水平留設150 m 寬平臺邊坡穩(wěn)定系數

2）有限元分析。利用有限元法進行計算分析[5]，南幫開采至最終邊坡角18°時，邊坡主要位移集中在邊坡弱層、斷層及邊坡坡腳處，說明邊坡最可能發(fā)生的滑動方式為沿著弱層發(fā)生的牽引式順層滑動破壞。因南排土場距采場南幫地表境界距離較近，形成復合邊坡，需綜合考慮南排土場對采場南幫的影響。采場南幫及南排土場復合邊坡總位移如圖2。經分析，當外排土場距離采場地表境界超過400 m 時，兩者之間的影響相對較小。在南排土場距離采場南幫地表境界為400 m，且在南幫852 m 水平留設150 m 寬平臺時，從邊坡總位移圖可以明顯看出，主要位移已經不發(fā)生在坡腳，而在留設平臺的上部邊坡，說明留設寬平臺起到了效果，對邊坡主要變形位置起到了控制作用，對邊坡穩(wěn)定起到了有利作用。

圖2 采場南幫及南排土場復合邊坡總位移圖

3）復合邊坡分析。對南幫及南排土場形成的復合邊坡進行整體分析[5]，分析南排土場與南幫安全距離為400 m，南幫邊坡角為18°且在南幫852 m 水平留設150 m 安全平臺時的穩(wěn)定系數，采場南幫及南排土場復合邊坡穩(wěn)定系數如圖3。經計算，南幫剖面復合邊坡穩(wěn)定系數為1.346，符合露天礦設計規(guī)范[6]要求。

圖3 采場南幫及南排土場復合邊坡穩(wěn)定系數

經上述分析，未來生產建設過程中，采場南幫邊坡可以采用將到界邊坡角調整為18°，且在852 m水平預留寬平臺，南排土場距離采場地表境界距離保持至少400 m 的方式。

3 采場南幫邊坡防控措施

1）加快采場北幫到界。受采場北幫到界影響，內排土場向西推進緩慢，且存在停排時間較長的情況。為此，可將原二期初設首采區(qū)及二采區(qū)分界向南回收，以實現(xiàn)采場北幫快速推進到界，縮短內排停排時間，快速向西推進，實現(xiàn)橫采內排支護南幫。

2）全面監(jiān)測巡視，掌握邊坡變形動態(tài)。①采用邊坡監(jiān)測雷達，實現(xiàn)對南幫全天候、全方位監(jiān)測；②根據監(jiān)測需要，合理規(guī)劃并布設在南幫重點監(jiān)測位置，每日對各監(jiān)測點監(jiān)測數據進行分析；③在監(jiān)測點或雷達故障不能及時修復時，可采取人工打樁方式，在地表穩(wěn)定位置及南幫重點監(jiān)測位置打鐵樁或木樁（幾十公分即可），每日用測量儀器對其進行測量，掌握該些位置的位移情況；④重點對南幫邊坡及地表進行巡視，檢查有無裂縫、底鼓、錯動等邊坡變形情況，及時發(fā)現(xiàn)并予以處理。

3）根據南幫邊坡穩(wěn)定情況動態(tài)調整邊坡角。在內排停排期間，通過全面監(jiān)測巡視，以及邊坡穩(wěn)定性分析，對南幫邊坡角進行動態(tài)調整，如果邊坡不穩(wěn)定，可減小邊坡角，保證邊坡穩(wěn)定。待恢復內排后，可結合內排跟進時邊坡穩(wěn)定情況，動態(tài)調整邊坡角，如邊坡穩(wěn)定，可加大邊坡角，在快速回采煤炭后內排及時跟進。

4）采取合理的西幫及內排推進方式。采場南幫滑坡斷臂頂部標高為945 m，2013 年滑坡出露至今斷臂仍保持穩(wěn)定。考慮南幫層理結構特點，可在恢復內排后，采取錯位排棄方式，即優(yōu)先快速排棄內排土場中部以下水平（可根據生產實際情況分析確定分段位置），在保持合理距離內，同時排棄內排土場上部水平，實現(xiàn)下部水平快速支護南幫，最大限度保證南幫整體穩(wěn)定，隨著內排土場上部水平的跟進，最終實現(xiàn)完全支護南幫。

5）防控水對邊坡的影響。①挖設地表防洪溝：隨著采場西幫向西推進，繼續(xù)在采場南幫地表沿幫挖設防洪溝，將匯水攔至防洪溝并向西排至草原，防止因降雨導致匯水流入采場，對南幫邊坡穩(wěn)定造成影響；②完善采場及礦坑周邊疏干排水系統(tǒng)：重點在南幫及南幫地表有充分補給水源的地段設置疏干井，用潛水泵將水抽出，降低水頭，減少對邊坡體的滲流，結合設計方案并根據復工后生產實際，設置采場防洪及正常疏干排水管路，合理規(guī)劃挖設排水溝及集水坑，保證排水系統(tǒng)能夠正常高效運行，及時將采場內匯水排出，減少其對邊坡的影響，巡查采場邊坡涌水位置，在該些位置向巖體打水平放水孔[7]，降低邊坡內部水壓，改善邊坡穩(wěn)定狀況。

6）持續(xù)開展邊坡穩(wěn)定分析工作。持續(xù)開展地質寫實工作，總結完善水文及工程地質數據及資料，同時保持與專業(yè)科研院所合作，結合生產實際及地質資料持續(xù)開展邊坡穩(wěn)定研究，結合研究成果、生產建設實際與規(guī)劃，綜合考慮南幫邊坡形式，對到界邊坡角等進行合理設計與調整。

7）其他防控措施。①為避免因爆破對南幫邊坡穩(wěn)定產生較大影響，在生產過程中，合理規(guī)劃爆破位置及參數，降低爆破對南幫的擾動[8]；②在生產過程中，控制采場深部弱層暴露長度，及時采取碾壓及夯實、排水固結等方法予以處理[9-10]；③對已出現(xiàn)的邊坡變形位置，根據實際情況及時采取削幫減重等方式進行處理，在上部減重，改變滑體外形，減少下滑力，使滑體重心向下部轉移，來改善邊坡穩(wěn)定狀況。

4 結語

基于勝利東二號露天煤礦采場南幫滑坡情況，以安全、經濟性為前提，對南幫邊坡穩(wěn)定進行防控研究；采用極限平衡法確定南幫邊坡臨界安全角度，采取在下部水平留設寬平臺的方式，提高整體邊坡穩(wěn)定性；通過有限元法對南幫邊坡滑動形式進行分析，采取擴大南排土場與南幫地表境界距離的方式，對南幫邊坡主要變形位置進行控制。當露天礦采場邊坡穩(wěn)定性較差時，既不能僅為了安全性而采取較小的最終邊坡角，導致邊幫壓煤增多，使剝采比增大、經濟效益降低，也不能僅為了經濟效益而保持較大的最終邊坡角，增加邊坡滑坡的風險，需綜合考慮。通過采取有效的防控措施，在生產過程中最大限度的保證采場邊坡穩(wěn)定，這樣既保證露天礦采場邊坡穩(wěn)定，也保障了經濟效益。