勝利露天煤礦南端幫邊坡失穩治理方案

石廣洋，吳云飛，黃月軍，孫 磊

（神華北電勝利能源有限公司，內蒙古 錫林浩特 026000）

滑坡是露天礦開采過程中發生頻率最高、產生危害最大的安全事故之一[1]。由于巖石類型、地質構造、巖體結構、邊坡形態及工程活動等因素的影響，盡管露天礦采取多種手段加強邊坡管理工作，還是不可避免的出現滑坡。目前，關于露天礦滑坡區治理的研究較多，但針對勝利露天礦區內軟巖邊坡滑坡的治理的相關研究內容較少，結合勝利露天煤礦滑坡區地質水文條件，分析滑坡機理及原因，進行方案比選，為勝利露天礦區軟巖邊坡滑坡的有效治理提供理論指導與技術支持，也為同類礦山邊坡滑坡區治理提供了治理思路及施工經驗。

1 南端幫滑坡區簡介

1.1 礦山概況

勝利露天煤礦位于內蒙古錫林浩特市北郊5 km，核定產能為2 800 萬t/a，2020 年10 月1 日，勝利露天煤礦南端幫地表1000 平盤～960 平盤4 個臺階發生滑坡，地表1000 平盤滑坡范圍東西長的180 m，寬約30 m，地表垂直下降3 m。滑坡導致露天礦南端幫運輸道路遭到破壞，更對露天礦生產造成較大的安全隱患，滑坡區治理勢在必行。

1.2 南端幫滑坡區地質情況

勝利露天礦區內大部分巖石強度較低，抗壓強度大于6 MPa 的巖石比例為20.49%（占基巖層段的百分數），大于10 MPa 的巖石比例為7.48%，單層最大厚度5.29 m；大于15 MPa 的巖石比例為2.36%，單層最大厚度為5.05 m。剝離物強度為一類偏復雜，即含少量中硬巖的軟巖類，而且中硬巖的厚度及在軟巖中的分布呈不規則狀態[2-3]。

通過查閱地質資料，滑坡區周邊鉆孔有438、BK070、BK069、BK053、258。滑坡區北部存在F30正斷層，滑坡區基本上以F30斷層為北部邊界。F30斷層平均斷距10 m，滑坡區位于斷層南側，即上盤。F30斷層北側，即下盤，5#煤頂板平均標高945 m；F30斷層南側，即下盤，5#煤頂板標高由北向南逐漸抬升，標高為936～950 m，南端幫邊坡為順傾邊坡，945 m 標高至地表巖性以泥巖為主，夾雜粗粒砂巖、砂質泥巖和砂土；邊坡裂縫區東部緊鄰5#煤無煤區，5#煤無煤區邊坡較為穩定，5#煤無煤區與邊坡裂縫區域交界處為破碎帶。

1.3 南端幫滑坡區水文地質情況

勝利一號露天礦屬錫林浩特盆地水文地質單元的一部分[4]。本區對露天開采有影響的含水層有：第四系孔隙潛水含水層、煤系頂礫巖段裂隙、孔隙承壓含水巖組、5#煤層裂隙承壓含水巖組、6#煤層裂隙承壓含水巖組。4 個含水層之間基本發育有較穩定的隔水層，巖性以泥巖、砂質泥巖、粉細砂巖為主[5]。

錫林河為本區的最低侵蝕基準面，錫林河谷沖、湖積平原以地下水徑流、蒸發排泄為主，露天采掘場排水、第四系及5#煤層疏干排水為另一排泄方式。

露天區內先期開采地段發育有3 條斷層（F1、F25、F29）全部為正斷層，NE 走向，傾角均大于50°，以壓扭性為主。斷層帶以泥巖及泥質膠結的塑性巖石為主，裂隙稀少，破碎帶不發育，可視為阻水斷層。

1.4 南端幫滑坡原因

1）滑坡區地質構造復雜，東部為無煤區、西部毗鄰背斜軸、前緣存在F30斷層，造成邊坡巖體節理裂隙發育，結構松散、破碎，巖體強度較低。

2）滑坡區5#煤頂板存在連續、完整的炭質泥巖弱層（蒙脫石、高嶺土、伊利石含量高），順傾、傾角變大，構成本次滑坡底滑面。弱層強度低，親水性強，遇水軟化特性明顯。

3）錫林浩特市年均降雨量為296 mm，2020 年截至目前降雨量達400 mm，降水滲入邊坡巖體和弱層，使其含水率增高，誘發滑坡。

4）動載荷的影響。爆破震動的動載荷作用可以使巖體的剪應力和拉應力增加，直接導致邊坡穩定性系數降低，其次，邊坡上設有通往內排土場的運輸道路，汽車震動降低了邊坡的穩定性[6-7]。

5）在已有資料基礎上，經過對南端幫進行滑坡后穩定性反算，南端幫滑坡區域穩定性系數為0.99，安全穩定性系數較低，已處于失穩狀態。

2 南端幫滑坡區治理方案

2.1 南端幫滑坡區治理總體規劃

利用三維激光掃描儀對南端幫邊坡滑坡區幾何形態進行了測量，結合礦區地質資料和滑坡機理，充分考慮現場實際工況條件，制定了削幫壓腳和壓腳2種治理方案。

1）方案1 削幫壓腳。首先對南端幫35KV 環坑線路14#、15#及16#線桿進行移設，再對滑坡區940 m 以上臺階進行清理滑體并擴幫，減輕滑體后緣載荷，并將位于5#煤頂板上部弱層全部清理，削幫工程量約為183.41 萬m3，同時，采取前緣回填壓腳增加前緣滑體的體積來增大滑坡抗滑力[8]，從5#煤頂板逐步恢復945 平盤，并對945 平盤～925 平盤進行壓腳，壓腳寬度為10 m，壓腳高度為20 m，工程量約為53.39 萬m3，最后，對南端幫945 平盤至地表臺階進行回填恢復，工程量約為171.36 萬m，還需因地制宜施工做好南端幫滑坡治理區域的疏干排水工作。南端幫邊坡滑坡治理擴幫工程設計圖如圖1，南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程及臺階恢復設計圖如圖2，南端幫邊坡滑坡治理施工設計剖面圖如圖3。

圖1 南端幫邊坡滑坡治理擴幫工程設計圖

圖2 南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程及臺階恢復設計圖

圖3 南端幫邊坡滑坡治理施工設計剖面圖

2）方案2 壓腳。采取前緣回填壓腳增加前緣滑體的體積來增大滑坡抗滑力，從960 平盤至900 平盤自下而上進行壓腳，壓腳臺階3 個，臺階高度為20 m，壓腳總高度為60 m，壓腳工程量為181 萬m3，最后，對960 平盤至地表滑坡體進行整形。南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程設計圖如圖4，南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程剖面圖如圖5。

圖4 南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程設計圖

圖5 南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程剖面圖

2.2 南端幫治理方案邊坡穩定性和成本

1）邊坡穩定性。通過對方案1 和方案2 治理后的邊坡進行穩定性分析，選取了S4 剖面進行穩定性計算，方案1 治理后的邊坡穩定性系數為1.25，方案2 治理后的邊坡穩定性系數為1.3，安全系數均滿足《煤炭工業露天礦設計規范》對生產邊坡穩定性的要求，邊坡整體穩定性能夠得到保證，方案1 與方案2 滑坡區治理方案在技術上均可行。

2）南端幫治理方案1 與方案2 成本對比。通過工程量、經濟參數等進行方案比選，削幫壓腳方案的經濟成本為3 169 萬元，壓腳方案的經濟成本為5 876.23 萬元，二者差值2 707.23 萬元，最終確定勝利露天煤礦南端幫滑坡區治理采用方案1。方案1與方案2 經濟比選計算參數見表1。

表1 方案1 與方案2 經濟比選

3 南端幫滑坡區治理具體施工程序

1）在施工過程中，全程采用邊坡雷達監測監控技術，對工作面邊坡動態監測，為邊坡穩態分析提供直接數據[9]。

2）對南端幫35 kV 環坑線路14#、15#及16#線桿進行移設。

3）使用WK-35 電鏟配合220 t 級卡車對南端幫滑坡區940 m 水平以上邊坡自上而下進行擴幫削坡，將5#煤頂板上部弱層全部清理，確保975 平盤運輸道路具備通車條件。南端幫滑坡區擴幫削坡工程量表見表2。

表2 南端幫滑坡區擴幫削坡工程量表

4）對960 平盤進行擴幫削幫時，必須將5#煤頂板上部弱層清理，因南端幫滑坡區基底傾角為順傾邊坡，基底坡度大于6%，需將基底“拉毛”以增加其摩擦系數，必要時應將基底做成階梯狀，隨后使用220 t 級卡車配合D10T 及時進行回填壓腳，從5#煤頂板逐步恢復945 平盤，并沿945 平盤向925 平盤進行回填作業，形成對上部滑體的壓腳，回填壓腳填料應碾壓，945 平盤恢復壓腳高度約為5 m，945平盤至925 平盤壓腳寬度為10 m，壓腳高度為20 m。南端幫滑坡區壓腳工程量為：945 平盤～940 平盤33.2萬m3，945 平盤～925 平盤20.19 萬m3，合計53.39 萬m3。

5）使用D10T 配合220 t 級卡車對南端幫滑坡區990 平盤～945 平盤自下而上進行回填恢復作業，逐步恢復南端幫臺階，隨即南端幫960 平盤及945 平盤道路將恢復通車運行，施工完畢的平盤確保有1%～3%的反坡，同時做好疏干排水工作。南端幫臺階恢復工程量為：地表～990 平盤24.45 萬m3，990 平盤～975 平盤51.33 萬m3，975 平盤～960 平盤48.42萬m3，960 平盤～945 平盤47.16 萬m3，合計171.36萬m3。

6）滑坡區外圍地表充填裂縫并施工反坡，防止地面徑流和積水進入裂縫和滑坡區。

4 結語

1）通過分析南端幫滑坡區域地質資料和水文情況，對南端幫滑坡機理及原因進行了分析，為南端幫滑坡區治理方案的確定提供了依據。

2）針對南端幫滑坡區治理，提出了2 種方案，即削幫壓腳方案和壓腳方案，通過技術和經濟對比分析，2 種方案在技術上均可行，但是削幫壓腳方案的經濟成本為3 169 萬元，而壓腳方案的經濟成本為5 876.23 萬元，固最終確定選取削幫壓腳方案。

3）針對削幫壓腳方案，提出了具體的施工程序，對施工順序、基底處理等提出了相關要求，可為同類礦山提供邊坡滑坡治理的治理思路及施工經驗。