屈 亮

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安家?guī)X露天礦，山西 朔州 036000）

露天礦在開采過程中，邊坡穩(wěn)定與否直接制約著礦山的安全生產(chǎn)，是影響礦山經(jīng)濟效益的最關(guān)鍵因素之一[1,2]。一般從礦山投產(chǎn)到開采結(jié)束，滑坡的影響貫穿始終。隨著礦山開采深度的逐漸增加，露天礦邊坡的高度、面積維護(hù)時間都會相應(yīng)大幅增加，同時邊坡災(zāi)害日益突出[3-5]。針對露天礦邊坡穩(wěn)定問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了廣泛的探討。曹蘭柱等[6]針對含有斷層、軟弱夾層的露天礦邊幫壓煤問題，運用極限平衡法及數(shù)值模擬方法，研究確定了不同煤柱留設(shè)長度邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律及橫采內(nèi)排開采程序下跟蹤距離及工作幫坡角對南幫邊坡穩(wěn)定性的影響；田涯等[7]采用離散元方法對巨厚煤層露天煤礦靠幫開采后端幫邊坡潛在失穩(wěn)區(qū)域進(jìn)行了研究，證明該類滑坡過程最先為坡面顆粒間黏結(jié)受側(cè)向變形影響發(fā)生少量破壞，黏結(jié)破壞后顆粒向下滾落并堆積在邊坡坡腳，滑體后緣出現(xiàn)張拉裂縫，在逆傾構(gòu)造影響下阻礙滑坡進(jìn)一步發(fā)展；胥孝川等[8]在充分考慮影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)、幾何條件、水文氣象及外加荷載等諸多要素情況下，采用二級層次分析的模糊數(shù)學(xué)評價模型對露天礦邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價，取得了良好的評價效果；劉子春等[9]針對扎尼河露天礦存在的軟巖順傾邊坡治理困難的現(xiàn)狀，提出了基于條帶式控制開采技術(shù)的邊坡治理方案，通過治理方案的實施，扎尼河露天礦邊坡變形速率下降、穩(wěn)定系數(shù)提高明顯；馬明[10]基于現(xiàn)場地質(zhì)勘查的結(jié)論和巖土體物理力學(xué)試驗，分析了寶日希勒露天礦南幫邊坡變形破壞的機理和邊坡破壞模式，提出了坡底壓腳的方案進(jìn)行邊坡治理，避免了南幫邊坡變形加劇而最終引發(fā)滑坡災(zāi)害?；诖?，針對安家?guī)X露天礦不同區(qū)域變形現(xiàn)狀，考慮變形區(qū)規(guī)模、特征和地質(zhì)條件，提出了可行邊坡治理方案，并對不同治理方案優(yōu)缺點及現(xiàn)場適用性對比分析，最終確定邊坡治理方案。

1 礦山概況

安家?guī)X露天礦北幫、東幫區(qū)域邊坡受連續(xù)降雨影響出現(xiàn)不同程度的滑坡變形破壞現(xiàn)象，其中北幫邊坡受持續(xù)降雨影響變形區(qū)域?qū)挾燃s650 m，標(biāo)高在＋1 290～＋1 215 m 水平；東幫邊坡變形區(qū)域?qū)挾燃s510 m，標(biāo)高在＋1 230～＋1190 m 水平。通過現(xiàn)場踏勘可知：北幫邊坡上部局部區(qū)域出現(xiàn)不同程度的楔形體破壞、＋1 215 m 水平上部處于持續(xù)蠕動變形階段，不同水平邊坡坡面泥巖頂板區(qū)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象；東幫邊坡在底部＋1 190 m 邊坡面上有明顯錯動跡象，上部＋1 230 m 水平形成明顯滑坡體后緣。

邊坡滑坡破壞的主要原因有：①邊坡節(jié)理裂隙非常發(fā)育，同時賦存斷層等不良地質(zhì)構(gòu)造，構(gòu)成邊坡巖體完整性及其強度受到破壞，開挖后邊坡長期處于臨空狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定性大幅度降低；②礦區(qū)東側(cè)有馬關(guān)河、北幫上部有集水坑，斷層等不良地質(zhì)構(gòu)造給予地下水導(dǎo)水通道，構(gòu)成邊坡體泥巖在地下水長期浸潤作用下，形成“演化弱層”，力學(xué)強度指標(biāo)急劇降低，致使該區(qū)域邊坡安全儲備不夠，造成邊坡變形。

2 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析與評價

依據(jù)安家?guī)X露天礦研究區(qū)范圍，結(jié)合以往地質(zhì)資料、礦區(qū)現(xiàn)狀平面圖、工程地質(zhì)調(diào)查成果、補充工程地質(zhì)勘查成果及礦山設(shè)計等資料，于北幫（BB）、東幫（DB）分別選取3 個邊坡穩(wěn)定分析典型剖面，建立工程地質(zhì)簡化模型，構(gòu)建邊坡穩(wěn)定計算模型，進(jìn)行變形區(qū)邊坡穩(wěn)定性計算，邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果可知，安家?guī)X露天礦北幫邊坡均處于極限平衡情況，穩(wěn)定性達(dá)到工作幫安全儲備臨界值要求；東幫DB－1 剖面區(qū)域邊坡穩(wěn)定性滿足安全儲備要求，其余剖面邊坡穩(wěn)定性均不滿足安全儲備要求，需對現(xiàn)有邊坡進(jìn)行治理調(diào)整。

3 邊坡治理方案

依據(jù)現(xiàn)場實際工程條件結(jié)合本次工程地質(zhì)補充勘查成果、采礦設(shè)計、道路工程布置等，根據(jù)穩(wěn)定性系數(shù)要求，提出邊坡參數(shù)調(diào)整方案，邊坡參數(shù)調(diào)整方案如下：①方案1：削坡減載（穩(wěn)定系數(shù)不小于1.10）；②方案2：削坡減載＋下部壓腳（留煤柱、穩(wěn)定系數(shù)不小于1.10）、③方案3：北幫不治理，東幫削坡穩(wěn)定系數(shù)不小于1.05，④方案4：北幫不治理，東幫壓腳穩(wěn)定系數(shù)不小于1.05。

3.1 方案1

北幫邊坡削坡減載治理措施：＋1 253 m 水平平盤寬度37～61 m，黃土臺階邊坡角不大于50°，基巖臺階邊坡角不大于70°。

東幫邊坡減載治理措施：＋1 247 m 水平平盤寬度25 m，＋1 233 m 水平平盤寬度50 m，＋1 219 m 水平平盤寬度6 m，＋1 198 m 水平平盤寬度60 m，＋1 184 m 水平平盤寬度6 m，＋1 168 m 水平平盤寬度50 m，＋1 150 m 水平平盤寬度10 m，黃土臺階邊坡角不大于50°。

方案1 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)驗算結(jié)果見表2。

表2 方案1 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)驗算結(jié)果表

3.2 方案2

方案2 為削坡減載＋下部壓腳（穩(wěn)定性系數(shù)≥1.10）治理方案。

北幫治理措施：對上部已經(jīng)靠界區(qū)域＋1 253 m水平平盤進(jìn)行削坡減載處理，平盤寬度為30～60 m，臺階坡面角不大于50°，削坡工程量約為20 萬m3，對采場下部未靠界區(qū)域水平進(jìn)行壓腳處理，＋1 060 m 水平平盤寬度為10 m，＋1 045 m 水平平盤寬度為10～20 m，＋1 075 m 水平平盤寬度10 m，＋1 090 m水平平盤寬度為5～45 m，臺階坡面角不大于70°，煤柱量約為13 萬t。

東幫治理措施：對上部已靠界區(qū)域＋1 247 m、＋1 233 m 水平進(jìn)行削坡減載處理，＋1 247 m 平盤寬度25 m，＋1 233 m 水平平盤寬度65～75 m，黃土臺階邊坡角不大于50°，臺階坡面角不大于70°，削坡減載預(yù)估工程量為50 萬m3。對采場下部未靠界區(qū)域進(jìn)行壓腳處理，＋1 030 m 水平平盤寬度25 m，＋1 045 m 水平平盤寬度25 m，＋1 060 m 水平平盤寬度30 m，臺階坡面角不大于70°，壓腳煤柱量約為23.1 萬t。

方案2 邊坡穩(wěn)定性成果匯總表見表3。

表3 方案2 邊坡穩(wěn)定性成果匯總表

3.3 方案3

按照工作幫邊坡治理方案邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.05 進(jìn)行削坡減載方案設(shè)計。

由于北幫原始邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)大于1.05，故北幫不作處理。

東幫按照邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.05 進(jìn)行減載，對上部靠界區(qū)＋1 247 m、＋1 233 m、＋1 219 m、＋1 198 m、＋1 184 m、＋1 168 m 水平進(jìn)行減載，減載后＋1 247 m 水平平盤寬25 m，＋1 233 m 水平平盤寬54 m，＋1 219 m 水平平盤寬5 m，＋1 198 m 水平平盤寬55 m，＋1 184 m 水平平盤寬7.5 m，＋1 168 m 水平平盤寬51 m，黃土臺階邊坡角不大于50°，基巖臺階邊坡角不大于70°。

方案3 案穩(wěn)定性成果匯總表見表4。

表4 方案3 案穩(wěn)定性成果匯總表

3.4 方案4

按照工作幫邊坡治理方案邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.05 進(jìn)行下部壓腳方案設(shè)計。

由于北幫原始邊坡穩(wěn)定性系數(shù)大于1.05，故北幫不作處理。

東幫對采場下部未靠界區(qū)域進(jìn)行壓腳處理，壓腳水平為＋1 030 m 水平、＋1 045 m 水平、＋1 060 m水平，壓腳后＋1 030 m 水平平盤寬度25 m，＋1 045 m水平平盤寬度25 m，＋1 060 m 水平平盤寬度30 m，臺階坡面角不大于70°，壓腳煤柱量約為23.1 萬t。

方案4 穩(wěn)定性成果匯總表見表5。

表5 方案4 穩(wěn)定性成果匯總表

4 治理方案優(yōu)選

1）邊坡穩(wěn)定性。通過對研究區(qū)到界邊坡治理方案成果統(tǒng)計、分析，可知方案1、方案2 對東幫、北幫都進(jìn)行了治理，治理后邊坡穩(wěn)定系數(shù)均大于1.1，方案1 相對于方案2 治理后穩(wěn)定性更好，方案3、方案4 僅對東幫治理，端幫穩(wěn)定性相對較低。

2）方案工程量。為提高邊坡穩(wěn)定性，采用的各方案都對邊坡進(jìn)行了處理，產(chǎn)生一定的工程量，對于壓腳方案，會損失一定的原煤資源，根據(jù)各方案工程量及原煤損失量可知，方案1 施工工程量較大，方案2工程量適中但原煤損失量較大，方案3 與方案4 介于方案1 和方案2 之間。邊坡治理工程量及損煤情況表見表6。

表6 邊坡治理工程量及損煤情況表

3）經(jīng)濟指標(biāo)分析。根據(jù)各方案工程量和原煤損失情況，結(jié)合安家?guī)X近期生產(chǎn)成本及原煤售價情況，可確定各方案經(jīng)濟費用，從而更好地比較其對礦山效益的影響，由各方案工程費用及煤炭損失效益可知，方案3 在經(jīng)濟方面最合適，方案2 工程費用及煤炭損失效益最大，其他2 個方案次之。邊坡治理經(jīng)濟指標(biāo)情況表見表7。

通過對各方案邊破穩(wěn)定性、工程量、經(jīng)濟效益分析可知：方案1 邊坡穩(wěn)定性最好，方案4 工程量最小，方案3 最經(jīng)濟。考慮到安家?guī)X礦生產(chǎn)規(guī)劃，東北幫區(qū)域為北部超前生產(chǎn)區(qū)域，目前東北幫靠界區(qū)域僅剩余下部煤層未靠界，可在1～2 月開采完畢并實現(xiàn)內(nèi)排，礦山具備快采、快排條件，根據(jù)時效邊坡理論，在實現(xiàn)內(nèi)排之前邊坡趨于穩(wěn)定，且礦山可通過“臨滑預(yù)警預(yù)報”技術(shù)，即時監(jiān)測邊破狀態(tài)，提高安全性，故可選擇方案3 進(jìn)行邊坡治理，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

5 結(jié)語

1）通過對安家?guī)X露天礦東北幫邊破穩(wěn)定性計算分析，得出北幫穩(wěn)定性系數(shù)為1.075 左右，東幫穩(wěn)定性系數(shù)為1.03～1.25。

2）通過對東、北幫區(qū)域地質(zhì)因素、邊坡穩(wěn)定性等因素進(jìn)行分析，提出了削坡減載穩(wěn)定系數(shù)≥1.10、削坡減載＋壓腳穩(wěn)定系數(shù)≥1.10、削坡減載穩(wěn)定系數(shù)≥1.05、壓腳穩(wěn)定系數(shù)≥1.05 種邊坡治理方案。

3）通過對各方案經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)對比分析，結(jié)合安家?guī)X礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，實現(xiàn)對東北幫邊坡變形破壞區(qū)治理方案優(yōu)選，確定削坡減載穩(wěn)定系數(shù)≥1.05，對東幫進(jìn)行削坡減載處理，使得邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于1.05，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要的同時工程費用相對較低，工程費用1 227 萬元。