露天礦邊坡穩定和滑坡防治的技術措施

楊　軍

(山西省朔州市煤炭設計研究所，山西　朔州　036002)

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露天礦邊坡穩定和滑坡防治的技術措施

楊軍

(山西省朔州市煤炭設計研究所，山西朔州036002)

摘要分析了露天開采煤礦邊坡事故的危害，通過確定幫坡角、穩定系數、邊坡穩定角及排土場排棄高度，提出對邊坡加強監測監控和地面防水、地下控制水壓等一系列措施，有效防止了露天開采煤礦邊坡災害的發生，安全、經濟、社會效益顯著。

關鍵詞露天開采；邊坡穩定；滑坡防治

邊坡安全是露天開采煤礦安全工作的重中之重。平朔集團露天煤礦在邊坡穩定和滑坡防治中采取了設計預防先行，監控治理并重，煤礦、科研、專業公司相結合的綜合性技術措施，有效地防止了露天開采煤礦邊坡災害的發生，特別是技術治理與生態治理相結合，不僅使邊坡防治產生了較大的安全、經濟、社會效益。平朔集團露天開采30多年來，未發生過人員死亡和財產損失邊坡事故，值得露天開采煤礦企業借鑒。

山西省朔州市是我國大型露天煤礦的聚集地，中煤安太堡、安家嶺和東露天煤礦等3座露天煤礦年生產能力均在2 000萬噸t以上，且境內中煤華昱公司的露天煤礦建設項目也已經啟動，因此，露天開采中邊坡穩定和滑坡防治值得探索和研究。

1邊坡事故的危害

安太堡礦除1991年10月28日南排土場發生一次大滑坡外，未出現滑坡(片幫)現象。2005年3月31日，在安家嶺礦采掘場南部、西排土場北側臨近調度室附近的邊坡下部(1355平盤)，發現一組較為連續的平行于邊坡走向的膨脹裂縫。對此，安家嶺礦采取了搬遷調度室，及時回填塌陷裂縫和內排及時壓腳的綜合性措施。安家嶺礦北段幫E8200～E8600區段，自2005年8月2日開始出現大面積變形，滑坡體東西寬約100 m，南北長約50 m，體積約18 000 m3，主滑方向SE35°.變形區面積83 600 m2，其中南北約220 m(N72500～N72720)，東西約450 m(E8180～E8630)。2006年12月8日發生了第一次滑坡，2007年4月16日發生了第二次滑坡，造成北幫1300、1330、1360等干道損壞，暫時停止通車。

邊坡事故雖未給露天煤礦造成大的損失，但牽涉了煤礦大量的人力、物力、財力等。

2邊坡災害的防治措施

2.1幫坡角和穩定系數的確定

安家嶺礦采掘場邊坡組成：臺階高度一般為15 m，南北兩側端幫邊坡設有運輸通道，端幫邊坡上每隔1個平臺設有1個運輸通道，黃土運輸平盤寬34 m，保安平盤寬6 m；巖石運輸平盤寬32 m，保安平盤寬4 m.采掘場端幫邊坡角34°，穩定系數1.31，端幫邊坡存在時間為4～5年。內排土場最終幫坡角20°,穩定系數1.31.安家嶺礦歷年邊坡穩定驗算結果：2005年，北幫發生變形，穩定系數1.028～1.135，不能滿足要求，安全性差。2006年，對北幫區域邊坡進行穩定驗算，穩定系數分別為：1.18、1.15、1.21、1.16、1.18，儲備系數略顯不足。2007年，對北幫滑坡區進行研究計算：滑坡后緣邊坡穩定系數為1.024和1.191，滑坡內邊坡穩定系數為1.063和1.084，均不能滿足邊坡安全儲備系數要求。2008年，平朔集團實施了《安家嶺露天礦邊坡綜合治理》項目，其中對安家嶺露天礦內排土場3個斷面進行邊坡穩定性驗算，結果為：穩定系數分別為1.439、1.231、1.479，均能滿足1.2的安全儲備系數；南幫擴幫區設計穩定系數1.269，安全系數儲備不足，需要對擴幫方案進行調整，達到1.3以上；北幫安全儲備系數不足，可通過擴幫和內排壓腳方式解決。

2.2邊坡穩定角設計

2010年4月，平朔集團聯合北京科技大學等院校和專業公司，對東露天礦松散層邊坡進行勘察、穩定性分析及最終邊坡角確定。通過現場勘察、室內試驗、數據分析等多種方法，確定東露天礦邊坡軟弱土層分布范圍，對已發生滑坡的地段提出處治方案，對非工作、工作幫以及重點區域進行穩定性分析，提出分區處治方案及整個東露天礦的長期監測方案。邊坡變形主要由褐色頁巖泥化層控制，其變形特征主要取決于泥化層的流變特征，所以，在設計邊坡時應采用弱層的長期強度來驗算邊坡的穩定性，并以瞬時抗剪強度和長期極限抗剪強度來分析邊坡的變形動態。

2.3排土場排棄高度確定

安家嶺建礦初始，排土場設計高度為60～80 m.隨著生產建設的擴大，露天礦排土場高度變化較大，均按操作規定執行。安家嶺排土場最終幫邊坡角設計為20°，平盤高度設計為30 m，東西排最高為1 435 m，內排最高為1 420 m.排土場排棄高度的確定，是做好邊坡安全工作的基礎，平朔集團長期以此為中心，確保了露天開采安全生產形勢的平穩。

2.4加強監測監控和預防

2006年，平朔集團開始了安家嶺與安太堡礦區的沉陷與邊坡監測工作，主要為露井聯采條件下的邊坡及排土場穩定、井工開采沉陷影響提供了安全技術服務；并通過對監測數據科學分析，總結出了平朔礦區露井聯采這一特殊條件下邊坡安全和形變參數及規律，為后期的采礦工程優化設計服務。

1) 實施了《建立平朔生產礦區邊坡、土場及地表形變觀測網及預警預報系統》項目，完成了GPS基準站建設、GPS基準站軟件系統、預警中心系統、數據傳輸系統、外業觀測、平朔礦區精化大地水準面研究、D-INSAR數據收集及分析、數據集成綜合處理系統及形變監測預警預報系統。2008年7月該集團利用GPS、測量機器人全自動觀測系統等多種先進技術方法，對工業廣場部分建構筑物的沉降及變形進行監測。

2) 實施了《礦聯井工業廣場周邊陡幫邊坡安全性評價及滑坡防治研究》項目。a) 完成現場調研分析、巖體物理學試驗、露天與井工復合采動下邊坡的變形穩定性分析、邊坡工程強度穩定性分析和相關的物理及數值模擬試驗分析等項工作，得出滑坡防治方案。b) 完成邊坡加固工程設計及監測系統設計工作。c) 按照邊坡加固工程設計方案指導現場進行邊坡加固工程。

3) 2009年，集團分別實施了《安太堡露天煤礦邊坡穩定性評價及監控方案設計》和《安家嶺露天煤礦邊坡穩定性評價及監控方案設計》項目。項目主要工作內容：a) 收集2個露天礦礦坑及排土場區域的巖土物理學實驗成果。b) 通過對2個露天礦礦坑及排土場區域選取典型剖面的邊坡穩定性進行計算，劃分出2個露天礦的邊坡危險性。c) 根據兩礦的穩定性安全評價，提交2個露天礦危險區域監控方案設計。

4) 實施的工業廣場陡幫邊坡地面監測系統項目，采用測量機器人對監測區域的監測棱鏡進行自動化監測，采用GPS對測量機器人的測站和后視點進行定期監測，對監測數據做出分析。

5) 實施的《安家嶺礦端幫邊坡穩定雷達監測預警方案》，利用國際先進的邊坡穩定性雷達SSR-X系統、無線傳輸技術，實現高精度全天候自動化監測、分析、預警，從而將邊坡防治提升到一個新的高度。

2.5地面做好防水，地下控制水壓

做好地面防水工程，最大限度地減少采場匯水量。設排水溝，使排水溝與主要泄洪河道貫通；地下水壓是影響邊坡變形發展的極敏感因素，疏干減壓是抑制或延緩軟巖邊坡蠕動變形進一步發展的有效措施。實踐證明，設計合理的疏干工程密度是消除或減小變形“階躍”，延緩變形發展的有效措施。

2.6協調采礦工程

邊坡的管理和維護是控制邊坡變形的重要環節，應盡量縮短邊坡的暴露時間和服務年限。因此，在選擇采礦工藝、采區布置、工作線推進方向和采空區利用等時，都應與邊坡工程管理結合起來，協調發展，并實施內排土壓腳工程，有效地減小傾倒滑移變。安家嶺礦北段幫E8200～E8600區段，自2005年8月2日開始出現大面積變形，為此發生了2次滑坡，均未有人員傷亡和經濟損失。為此制定以下方案對滑坡進行治理并逐步恢復通車：1375平盤北擴40 m，擴幫量56.2萬m3；1390平盤北擴45 m，擴幫量33.4萬m3；1360平盤北擴35 m，擴幫量30.9萬m3；滑體前沿壓腳并逐步平整、壓實處，逐步恢復各道路；防排水工程預防水滲入邊坡。

2.7制造人工裂隙，處理煤層含水

由于采煤的降深速度大于煤層疏干的降深速度，如果煤層中的水未處理掉，采煤工作就會受到制約。僅靠疏干井降深，長期時間難以滿足采煤降深的要求。通過找到煤層底板等高線的較低點，打一口集水井，就能很快把煤層中的水抽走。

3防治效果

安太堡礦除1991年10月28日南排土場發生一次大滑坡外，未出現滑坡現象。2005年3月31日，在安家嶺礦采掘場南部、西排土場北側發現一組較為連續的平行于邊坡走向的膨脹裂縫，由于及時對裂縫塌陷進行回填和內排及時壓腳，沒有造成損害。

平朔集團在邊坡防治理中實施了礦坑外圍排土場的生態重建工作，臺階平臺、邊坡坡面和塬頂平臺是主要的工程實施對象。排土場的最終平臺主要采用灌草帶狀混交模式，樹草種選擇檸條、羊草和披堿草，形成灌草叢；外排土場永久邊坡經穴狀整地后栽植沙棘，常綠與落葉樹木搭配、喬木與灌木結合、路基邊坡種草，恢復了植被，對邊坡起到了固化的作用。較大礦坑建設為人工湖，涵養了水源，穩定了邊坡，形成人工景觀。把土地復墾與露天礦開采計劃相結合，合理安排，實施邊開采、邊復墾、邊利用促進生態的良性循環。

經過防治，露天采動區域內邊坡已基本固化、植被已經恢復，具備了發展農牧業的條件。2012年，正大集團與平朔集團合作建設現代農業示范項目，項目選址正在復墾區內。項目建成后的每年創造產值26.4億，間接帶動農業及相關行業產值20億元。同時項目產生的有機肥料可滿足周邊20萬畝土地的有機肥需要，拉動有機食品的發展，該項目將會成為融高科技與現代管理為一體的標志性項目，同時也成為露天煤礦土地復墾的示范性基地。

Slope Stability and Technical Measures of Prevention and

Control of landslide in Open Pit Mine

YANG Jun

AbstractAnalyses the open pit coal mine slope accident harm. By determining side slope angle, stability coefficient, slope stability angle and abandoned height of dump, puts forward a series of measures such as strengthen the monitoring of slope, ground waterproof, underground water pressure control and so on. Effectively prevent and control the occurrence of the open pit coal mine slope disasters. Security, economic and social benefits areremarkable.

Key wordsStrip mining; Slope stability; Landslide of prevention and control

中圖分類號：TD824.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)04-0042-03