露天煤礦開(kāi)采中高邊坡的安全控制

楊　杭

露天煤礦開(kāi)采中高邊坡的安全控制

楊杭

（神華國(guó)能寶清煤電化有限公司，黑龍江 寶清 155600）

在煤礦露天開(kāi)采中，高邊坡的穩(wěn)定性控制是安全防護(hù)工作的重點(diǎn)，我國(guó)的煤礦分布受復(fù)雜的地形地質(zhì)條件影響，有著十分復(fù)雜的內(nèi)在影響因素，因此，從巖石高邊坡變形破壞機(jī)理、監(jiān)測(cè)預(yù)警、穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)等方面對(duì)高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合管理控制，才能夠更好地保障高邊坡的安全穩(wěn)定。由于開(kāi)采技術(shù)和氣候條件的限制，我國(guó)的露天煤礦開(kāi)采中高邊坡問(wèn)題長(zhǎng)期存在，繼續(xù)深入研究和強(qiáng)化高邊坡安全管理措施，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的重要任務(wù)，是煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。高邊坡安全問(wèn)題是露天煤礦開(kāi)采過(guò)程中的重點(diǎn)，高邊坡的穩(wěn)定對(duì)于安全生產(chǎn)影響很大。

露天煤礦；開(kāi)采；高邊坡；安全控制

高邊坡的穩(wěn)定性控制問(wèn)題在水電、鐵路、公路、礦山等工程建設(shè)中，直接關(guān)系著安全生產(chǎn)和生產(chǎn)質(zhì)量，而煤礦在進(jìn)行露天開(kāi)采時(shí)，高邊坡的穩(wěn)定性控制就更加復(fù)雜和困難。由于煤礦開(kāi)采生產(chǎn)中進(jìn)行的挖掘、爆破等作業(yè)會(huì)對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性帶來(lái)直接影響，因此，在人員投入較集中的煤礦開(kāi)采作業(yè)中，高邊坡的安全控制就是保證人員生命安全和礦產(chǎn)財(cái)產(chǎn)安全的前提條件。露天煤礦開(kāi)采過(guò)程中的邊坡穩(wěn)定控制，需要根據(jù)巖土體介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)來(lái)研究，采取不同的技術(shù)措施進(jìn)行錨固，同時(shí)，優(yōu)化采掘爆破工藝技術(shù)，減少對(duì)邊坡的震動(dòng)和影響，以保證煤礦開(kāi)采的安全。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，在邊坡穩(wěn)定性控制方面，已經(jīng)有一系列的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，一般情況下，采取遺傳程序設(shè)計(jì)理論對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)，建立相關(guān)數(shù)據(jù)模型，對(duì)巖體巖石滾落的路徑、彈跳高度、能量分布及休止點(diǎn)進(jìn)行模擬分析和穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)防護(hù)墻受到的應(yīng)力及應(yīng)變進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬和分析，從而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，建立穩(wěn)定性控制措施，極大地提高了露天開(kāi)采煤礦中高邊坡的穩(wěn)定性保障。

1　露天煤礦開(kāi)采時(shí)的高邊坡破壞機(jī)理

在這種變形模式下，下部沿近水平方向或緩傾坡外（內(nèi)）結(jié)構(gòu)面蠕滑、后緣拉裂、中部鎖段剪斷。其主要影響部位是坡腳近水平結(jié)構(gòu)面，是導(dǎo)致滑坡發(fā)生的主要變形機(jī)理模式。這種模式下的邊坡主體往往是由相對(duì)均質(zhì)的脆性巖體或半成巖體構(gòu)成，但在坡腳具有近水平或緩傾坡外的結(jié)構(gòu)面；或是夾有較薄弱的軟弱夾層構(gòu)成的互層狀堅(jiān)硬巖體邊坡。其變形過(guò)程是首先發(fā)生蠕滑變形，然后導(dǎo)致后緣拉裂破壞過(guò)程。

1.1階梯狀蠕滑——拉裂機(jī)理

階梯狀蠕滑——拉裂發(fā)生于平行邊坡陡、緩兩組結(jié)構(gòu)面控制的高邊坡中，其主要變形方式是平面滑移變形，通常出現(xiàn)在堅(jiān)硬狀巖體或厚層巖體構(gòu)成的邊坡中，其變形一般自上而下向下傳遞，在階梯狀蠕滑面的平均傾角與結(jié)構(gòu)面的殘余摩擦角接近時(shí)較易發(fā)生。

1.2傾倒變形

在走向與坡面近乎平行的陡傾層狀巖體最易發(fā)生傾倒變形，又稱為彎曲——拉裂、彎曲——傾倒變形，其巖體具有下伏軟弱基座的高陡邊坡，邊坡底部受到上覆巖體的壓縮作用產(chǎn)生不均勻的壓縮變形，使坡體遭受傾覆力矩向外傾倒。

1.3高應(yīng)力——強(qiáng)卸荷深部破裂機(jī)理

在河流邊岸或坑基挖掘面容易出現(xiàn)邊坡深部卸荷，伴隨深部張裂的現(xiàn)象，即高應(yīng)力——強(qiáng)卸荷深部破裂機(jī)理。產(chǎn)生的原因主要是高地應(yīng)力、邊坡深部存在有利于應(yīng)力釋放的結(jié)構(gòu)面或底部快速下切，導(dǎo)致邊坡內(nèi)在應(yīng)力快速釋放。

2　露天煤礦開(kāi)采時(shí)的高邊坡安全監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)分析

高邊坡作為一種特殊的地質(zhì)體，其穩(wěn)定性是一個(gè)動(dòng)態(tài)的演變過(guò)程，不是靜止的，隨時(shí)效變形的發(fā)生最終形成破壞性滑坡，對(duì)于巖石高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行充分系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)分析、動(dòng)力響應(yīng)分析評(píng)價(jià)和邊坡安全監(jiān)測(cè)，對(duì)于露天煤礦開(kāi)采具有重要的意義。

2.1安全監(jiān)測(cè)技術(shù)控制

高邊坡的安全穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)需要根據(jù)煤場(chǎng)周邊地質(zhì)條件、礦坑滑落量、邊坡坡度、滑落次數(shù)等，建立數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)控制。一般是采用電子經(jīng)緯儀、全站式速測(cè)儀等設(shè)備，甚至是具有目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別功能的測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)處理，為險(xiǎn)情預(yù)報(bào)提供技術(shù)支持。

2.2高邊坡穩(wěn)定控制技術(shù)措施

煤礦礦坑的高邊坡穩(wěn)定性控制包括：第一，合理控制工作面坡腳。在礦坑邊坡根據(jù)邊坡的巖體地質(zhì)層的不同，設(shè)立適宜的安全坡腳與邊坡坡度，坡腳和坡度要根據(jù)安全監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)坡度超出安全坡度時(shí)則需要進(jìn)行加固。第二，設(shè)立抗滑樁或錨桿加固。當(dāng)邊坡的穩(wěn)定性不能保證其自然穩(wěn)定時(shí)，則需要對(duì)坡面進(jìn)行滑面分析，求出內(nèi)摩擦角φ值，然后計(jì)算抗滑樁的支撐推力，計(jì)算需要設(shè)定的滿足滑坡體穩(wěn)定的抗滑樁根數(shù)。第三，采區(qū)安全控制。在采區(qū)工作面的控制上，避免超挖，合理調(diào)整采區(qū)位置、控制煤壁的合理厚度、減震爆破技術(shù)等，有利于保持露天煤礦邊坡整體穩(wěn)定，減少采掘場(chǎng)內(nèi)邊坡變形，保證安全生產(chǎn)。

2.3綜合管理措施

露天煤礦開(kāi)采中的高邊坡綜合管理是一項(xiàng)全面的工作區(qū)域管理工作，包括：高臺(tái)階區(qū)域內(nèi)必須設(shè)置安全警示標(biāo)志（安全擋墻、警示牌、警戒帶等）；嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員在高臺(tái)階區(qū)域內(nèi)逗留；在高臺(tái)階區(qū)域作業(yè)時(shí)，必須設(shè)專人監(jiān)護(hù)；做好高臺(tái)階邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)，若有異常及時(shí)匯報(bào)并撤離人員、設(shè)備，設(shè)置安全警示標(biāo)志，確保安全。

2.4生產(chǎn)環(huán)節(jié)管理

生產(chǎn)過(guò)程中的操作管理是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素，尤其是爆破時(shí)會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生震動(dòng)影響，因此，爆破作業(yè)起爆前，必須做好相關(guān)人員的安全防護(hù)，確認(rèn)人員及設(shè)備撤出高臺(tái)階危險(xiǎn)區(qū)，方準(zhǔn)起爆；爆破作業(yè)時(shí)，距高臺(tái)階坡頂線10m、坡底線30m以內(nèi)，禁止停放設(shè)備和人員逗留，并由專人負(fù)責(zé)爆破作業(yè)。鉆機(jī)在打預(yù)裂孔時(shí)，垂直坡頂線、坡底線作業(yè)，必須采到位，采齊坡面，坡頂、坡面不能留有浮塊。在高臺(tái)階下推土機(jī)和前裝機(jī)清理底板作業(yè)時(shí)，在距坡底線10m內(nèi)禁止平行坡底線作業(yè)。嚴(yán)禁運(yùn)輸卡車、生產(chǎn)指揮車、工程設(shè)備及生產(chǎn)服務(wù)車輛等停放在高臺(tái)階區(qū)域內(nèi)。生產(chǎn)指揮車、中巴車、工程及生產(chǎn)服務(wù)車輛在端幫路行駛過(guò)程中，要遠(yuǎn)離高臺(tái)階坡底線2～3m的距離。

［1］ 王振偉.弱面控制蠕動(dòng)邊坡變形機(jī)制及滑坡控制技術(shù)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，（02）：93-94.

［2］ 朱新平.露天礦邊坡失穩(wěn)條件下的控制開(kāi)采［J］.露天采礦技術(shù)，2014，（05）：120-121.

［3］ 劉晶輝.采礦引起的傾倒滑移變形機(jī)理及其控制［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，（19）：176-177.

［4］ 紀(jì)玉石.深大型露天煤礦閉坑前后滑坡及地表變形地質(zhì)災(zāi)害分析與防治［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，（S1）：70-71.

Security control of high slope in opencast coalm ining

YANGHang
(Shenhua TNBBaoqing Coal Electrification Co.,Ltd.,Baoqing 155600,China)

In opencast coalmining,the stability control of high slope is the focus of security work,China's distribution of coalmine affected by complex topographic and geologic conditions,which has very complex internal factors,therefore,from the aspects of high slope deformation mechanism,monitoring and stability evaluation to take integrated management and control,so as t o better protect the security and stability of high slope.Due to limitations ofmining technology and climatic conditions,opencastcoalmining ofhigh slope has long-term problems,to continue in-depth research and strengthen high slope securitymanagementmeasures is an important long-term task to achieve sustainable developmentof the coalmining enterprises.Security of high slope is the focus in opencast coalmining process which affected safety production of coal mines.

Opencastcoalmine;Mining;High slope;Security control

TD824

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1674-8646（2016）04-0026-02

2016-01-26