復(fù)雜條件下矸石山邊坡穩(wěn)定分析研究

郭凌云

1 概述

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，預(yù)計(jì)到2020年煤炭仍占一次性能源的70%左右。隨著開采量逐年增加，其副產(chǎn)品——煤矸石排放量亦將按比例增加。潞安集團(tuán)建立50年來，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)也留下數(shù)十座大大小小的矸石山，由于技術(shù)、資金等因素制約，部分矸石山治理不徹底或治理不達(dá)標(biāo)，為維護(hù)礦區(qū)環(huán)境和生命財(cái)產(chǎn)安全，急需對(duì)礦區(qū)的矸石山穩(wěn)定性、治理方式進(jìn)行研究。

在對(duì)矸石山穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合潞安礦區(qū)矸石山的調(diào)查、勘查與試驗(yàn)分析，對(duì)礦區(qū)矸石山的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，同時(shí)，考慮了自燃對(duì)矸石山穩(wěn)定的影響，并給出了相關(guān)的建議和結(jié)論。

2 王莊煤礦矸石山概況

常村煤礦煤矸石巖石類型，其種屬確定如下：碳質(zhì)高嶺石粘土巖：巖石呈黑色，斷口參差不平。碎屑主要為石英晶屑，一般含量5%～8%;長石晶屑和云母晶屑極少量。石英晶屑磨圓度較差，一般呈次棱角～棱角狀，磨圓度較低，表現(xiàn)出陸源碎屑特征;似碎屑狀高嶺石粘土巖：巖石呈灰黑色，斷口參差不平。在巖石層面分部有云母等，此類巖石多見于煤層下部;碳質(zhì)伊利石高嶺石粘土巖：其特征類似伊利石高嶺石粘土巖，僅碳質(zhì)成分含量偏高，在巖石層面分布有較多的植物化石。

在礦物組合上，矸石巖類高嶺石為主，其次為伊利石及少量的砂屑、石英、碳酸鹽礦物，有機(jī)質(zhì)和碳質(zhì)。高嶺石：在巖石中主要呈隱晶質(zhì)，其次為蠕蟲狀和砂屑等。隱晶質(zhì)高嶺石含量一般為75%～80%，巖石常表現(xiàn)出隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu);蠕蟲狀高嶺石大多見于碳質(zhì)高嶺石粘土巖中，其次似碎屑狀高嶺石粘土巖中。砂屑則為高嶺石集合體，粒度0.01 mm～0.2 mm，不均勻分布，含量一般3%～5%;呈手風(fēng)琴狀、蠕蟲狀等;伊利石：呈隱晶狀、微鱗片狀等，含量3%～5%;石英和碳酸鹽礦物：兩者含量2%左右，石英晶體細(xì)小(0.01 mm～0.2 mm)，零散分布。碳酸鹽礦物主要為方解石微晶及集合體，呈不均勻分布，含量1%左右。有機(jī)質(zhì)和碳質(zhì)：兩者總量10%～15%，其中有機(jī)質(zhì)5%左右。碳質(zhì)組分表現(xiàn)出定向排列。

3 王莊煤礦矸石山邊坡穩(wěn)定分析

在前期對(duì)矸石山調(diào)查和勘測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)王莊礦矸石山進(jìn)行分析，該矸石山目前沒有采取治理措施，矸石山外表覆土，分三次放坡，每個(gè)坡腳修有集水溝，坡面修有排水溝，上下坡面的排水溝通過坡頂環(huán)道下的暗管相連，典型斷面如圖1所示。為了摸清該矸石山的穩(wěn)定狀況以及為以后的治理提供必要的理論依據(jù)，我們?cè)谇捌谡{(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)該矸石山進(jìn)行穩(wěn)定分析，矸石山的力學(xué)性質(zhì)分別為：E=166 MPa，c=60 kPa，φ=35°，μ=0.3，如圖2～圖8所示。

從圖2，圖3可見，降雨將會(huì)使滑動(dòng)面發(fā)生移動(dòng)，穩(wěn)定性變差。從圖4～圖8有限元分析表明，該矸石山處于穩(wěn)定狀態(tài)，現(xiàn)有的治理措施是可靠、可行的，但矸石山的自燃將會(huì)使矸石山邊坡失穩(wěn)。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)矸石山的調(diào)查和分析，我們得出以下結(jié)論：

1)目前的矸石山治理措施是科學(xué)可行的;2)矸石山除可能發(fā)生滑坡破壞外，也存在發(fā)生自燃、矸石山中的有害物質(zhì)對(duì)周圍環(huán)境的影響等問題，采取必要的復(fù)墾手段以及綜合治理是必要的; 3)降雨入滲將降低其安全性，應(yīng)保證排水溝等設(shè)施的安全可靠，盡量減少降雨對(duì)矸石山穩(wěn)定的影響;4)矸石山的自燃現(xiàn)象直接威脅矸石山的安全，建議采取措施避免自燃現(xiàn)象的發(fā)生;5)建議加強(qiáng)矸石山變形監(jiān)測(cè)、環(huán)境影響監(jiān)測(cè)、生態(tài)監(jiān)測(cè)，為以后的綜合治理、合理利用提供依據(jù)。

［1］ 張 秋，鄒喜國，侯 龍.煤礦礦區(qū)矸石山穩(wěn)定性實(shí)例分析［J］.城市勘測(cè)，2007(6)：125-126.

［2］ 董 倩，劉東燕.矸石山穩(wěn)定性非線性極限分析上限法［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2007(2)：131-135.

［3］ 董 倩，劉東燕，彭文軒.重慶市矸石山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)及穩(wěn)定性分析［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2006(1)：97-101.

［4］ 毛 勇，速田勇，楊正東.鍋蓋山東側(cè)滑坡穩(wěn)定性分析與治理［J］.山西建筑，2010，36(12)：111-112.