淺析露天礦邊坡穩定工程安全技術措施

刁志軍 譚舒文

（吉林省工程技術有限公司，吉林 長春130012）

1 問題的提出

梅河露天煤礦位于吉林省梅河口市，設計規模為60 萬t/a。在梅河露天煤礦生產建設過程中，存在著邊坡不穩定等危險因素，為預防和消除這些不利因素，保護職工的安全與身心健康，本文從多角度對該礦邊坡穩定進行了安全生產措施分析，以利于災害防治，保障安全生產。

2 工程地質條件對邊坡穩定性的影響分析與措施

2.1 工程地質條件

2.1.1 梅河露天煤礦工程地質巖層主要為3 個工程地質巖組。分別敘述如下：a.松散巖組：主要為第四系粘土、砂、礫石和卵石,厚度30～35m，分布在河流兩側的階地、漫灘及溝谷低洼處，砂、礫石和卵石分選性差。b.層狀碎屑巖組：主要由古近系梅河組炭質泥巖、泥巖、粉砂巖、粗砂巖、砂礫巖組成。①砂巖、砂礫巖組：主要為古近系古新統梅河組粉砂巖、砂巖、砂礫巖組。厚度12～30m，最大厚度220m，分布穩定，巖芯多呈長柱狀，部分短柱狀，極限抗壓強度1.39～36.2MPa,屬半堅硬～軟弱巖組。②泥巖類巖組：其巖性主要為古近系古新統梅河組炭質泥巖、泥巖，多為礦區工業煤層的直接頂、底板。總觀各層，巖層厚度4～80m，最大厚度95m，據鉆孔巖芯觀察，泥巖類水平層理發育、易碎、巖芯多呈碎塊狀，極少部分呈短柱狀，易風化，極限抗壓強度1.26～5.96MPa,屬軟弱巖組。c.軟弱破碎帶。主要為各類巖石的風化帶及構造破碎帶。該區巖石風化帶厚度一般20～35m，構造破碎帶最寬可達10m 左右，均含有不同程度的潛水或微承壓水。斷層構造嚴重地破壞了巖層的完整性，使巖層穩定性變差。加之地下水的活動，使巖層的穩定性和完整性受到進一步破壞。

2.1.2 梅河露天煤礦采場剝離物工程地質特征

該礦露天采掘場上部剝離物為松散的第四系粉質粘土、砂和礫石，結構松散，厚度10～35m，易于剝離。露天采掘場下部剝離物為古近系砂巖、泥巖，巖石強度1.26～36.2MPa，強度差別大，最大厚度90m，較易剝離。

2.1.3 工程地質條件評價

采場南北邊坡由粉質粘土、砂、礫石、砂巖和泥巖組成，粉質粘土、砂、礫石結構松散；砂巖和泥巖強度較硬～極軟，物理力學性質差別較大，泥巖遇水易軟化，邊坡巖性組合復雜，邊坡類型為第一類二型。采掘場剝離物為松散軟巖～硬巖，強度差異大，剝離物屬二類二型。礦床工程地質條件為中等類型。

2.2 地質條件分析及措施

根據該礦地質報告分析，本區主要巖層為砂巖、泥巖、第四系松散層。煤層頂底板主要為炭質泥巖、泥巖層。影響本礦邊坡穩定的主要因素為巖性、結構面、節理裂隙及水。在生產過程中，嚴格按設計邊坡角施工，同時根據露天礦開采層位、邊坡巖性特征，做針對性的邊坡巖土工程地質勘查，根據地質勘查結果對局部區域的邊坡角進行調整，以確保邊坡的穩定性。加強疏干水管理工作，提高疏干水效果，降低水對采場邊坡穩定性影響。在遇到斷層等邊坡滑動破壞面（或潛在滑動破壞面）時，采用錨索加固的方式，將滑動面與滑床錨固，保證邊坡穩定性。

3 采掘場邊坡穩定系數及計算參數的確定

根據該礦水文地質和工程地質補充勘查報告及巖土強度試驗結果，確定巖土體強度參數，見表1。

表1 邊坡巖體強度參數表

選取典型的地質剖面建立計算模型，采用邊坡計算軟件slide 進行計算分析。通過計算，采掘場北幫上部第四系角度為31°、下部巖層38°、高度125m 時邊坡穩定系數為1.20，見圖1。南幫上部第四系角度為31°、下部巖層38°、高度129m 時邊坡穩定系數為1.230，見圖2。非工作幫上部第四系角度為31°、下部巖層38°時、高度105m 時邊坡穩定系數為1.255，滿足規范邊坡穩定系數要求，見圖3。以上值均滿足規范對邊坡穩定系數要求。

圖1 采掘場北幫邊坡穩定計算結果圖

圖2 采掘場南幫邊坡穩定計算結果圖

圖3 采掘場非工作幫邊坡穩定計算結果圖

4 采掘場邊坡其它影響因素分析與安全措施

4.1 地下水對邊坡的影響

鑒于地下水的存在會降低軟弱層儲存的彈性勢能，又會減少滑面的有效正壓應力，導致阻尼力減少的實際，對地下水極為敏感的影響著邊坡的穩定性應引起足夠的重視。梅河露天煤礦在剝離前，采取地下水疏干措施，使地下水對邊坡影響降到最低。地下水疏干采用降水孔超前疏干和平盤集水溝、集水坑平行疏干的聯合疏干方式。

4.2 采礦工藝

露天礦采、剝生產過程中由于剝離等因素產生的地面振動會對邊坡巖體穩定產生影響。梅河露天煤礦采、剝過程中均不需要爆破作業，挖掘機在采剝過程中不會對地面產生震動，對邊坡巖體穩定影響較小。

4.3 構造

礦田內發育有斷層、褶曲，對永久邊坡的穩定性產生不利影響。在開采過程中，遇到斷層的邊坡滑動破壞面（或潛在滑動破壞面）時應采取加固措施，保證邊坡穩定性。

4.4 邊坡監測措施

選用GNSS 遠程自動地表位移監測系統。達產年時，非工作幫及南北幫各布置3 個GNSS 監測點，分別位于邊坡頂部、中部及下部。由于外排土場邊坡高度不大，兩個外排土場在臨近構筑物或采掘場的區域各布置2 個GNSS 監測點，分別位于邊坡頂部及下部。對于露天煤礦邊坡的監測，主要利用建立地表和深部相結合的綜合立體監測網，盡可能采用邊坡遠程監測系統。

4.5 邊坡加固措施

在開采過程中，遇到斷層的邊坡滑動破壞面（或潛在滑動破壞面）時，應采用錨索加固的方式，將滑動面與滑床錨固，保證邊坡穩定性。

4.6 編制較完善的滑坡災害應急搶救預案

為了做好災害發生時的應急和搶救工作，必須編制較為完善的搶救預案。當災害發生時，做到第一時間、最大限度的挽救。

4.6.1 視險情將人員物資及時撤離危險區

滑坡災害在大規模滑動前，往往事先有前兆，當出現滑坡危險時，應及時將情況上報，組織險區內人員及時撤離險區。

4.6.2 及時制止致災的動力破壞作用

為爭取搶險、救災時間，延緩滑坡發生大規模破壞，監測技術人員應立即分析資料，及時制止致災動力破壞作用，如因采礦而誘發的滑坡，應立即停止采礦活動；如因開挖坡腳而誘發的滑坡，應立即停止采礦活動。

5 結論

本文從工程地質條件角度對邊坡穩定性的影響進行了分析，利用巖土體強度參數，采用邊坡計算軟件slide 對邊坡穩定性進行了計算分析，又從地下水、采礦工藝、斷層構造等方面對邊坡穩定性的影響進行了分析與論證，并淺析了相應的安全預防措施，對露天煤礦的安全生產起到了一定的參考和保障作用。為了保證邊坡安全，還應編制較為完善的搶救預案，嚴格按照設計確定的幫坡角進行開采，設立專職邊坡工作人員，做好監測和監控，力爭在邊坡滑動前及時準確地反饋信息，以便及時采取有效的防范措施。