提高內排邊坡穩定性的研究與實踐

董建華 曲道龍

摘要：露天礦開采過程中，內排土場的穩定直接影響正常的采剝作業，給生產接續和安全管理帶來困難。通過控制開采、涌水治理、調整設計參數等綜合措施，對其進行有效治理，消除不穩定因素。

關鍵詞：控制開采;涌水;毛石鋪設;滑坡變形

一、概況

（一）開采要素

煤層賦存形態呈橢圓形盆地狀，四周邊緣煤層露頭，盆底為煤層埋藏最深部。9號煤層為主采煤層，是全區發育的特厚煤層，發育較穩定。內排土場邊坡角12°，平盤設計寬度30m，臺階坡面角33°，臺階高度12m，共有12個內排平盤。

（二）工程地質情況

1.礦區的巖石（土）工程地質特征

礦區的巖石（土）工程地質特征分為第四系松散層組（該組地層由砂土、粘土、砂礫石組成）、伊敏組碎屑巖組（該組地層由泥巖、碳質泥巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖和煤層組成（本區煤層具有光澤暗淡、含絲炭、木質結構、性脆的特征。由于煤的節理和層理發育，煤芯多呈短柱狀、碎塊或片狀。

（三）水文條件

地表主要河流為海拉爾河，由東向西流經本區北側（距離煤層露頭1.87公里），屬老年期河流，分叉合并現象比較多，牛軛湖比較發育，最大流量為1590m3/s，最小流量為零，平均流量為65.4m3/s;煤田西部扎尼河為季節性河流，由南向北流經本區注入海拉爾河，其平均流量50m3/h。

二、內排失穩的主要原因分析

根據2014年以來內排發生的變形和滑坡分析來看，主要有以下幾種原因：

（一）弱層與水的因素

邊坡類型屬軟巖邊坡，上部地層為第四系松散砂礫層、黏土層，第四系地層與白堊系煤層頂板泥巖成不整合接觸，不整合面處巖層工程力學性質較差，該處黏土層為潛在弱層9煤頂板-10煤底板區域以泥巖、炭質泥巖、煤線為主。同時，第四系層與局部煤層露頭直接接受海拉爾河水補給，疏干困難。地下水是影響邊坡穩定的最大不利因素。

（二）巖層產狀因素

扎尼河露天礦整體為湖盆沉積單元，內排邊坡處于盆地的東南邊緣，白堊系地層走向與邊坡走向近似一致，傾向與邊坡坡面方向一致，即順層結構，開采區域巖層傾角約12-18°，局部達到30°，這種產狀的巖層在重力的疊加作用下，容易沿沉積面產生滑移，進而對內排土場邊坡造成破壞。

（三）工程組織因素

從近幾年滑坡區域位置來看，均在578水平以下。隨采場不斷向西推進向下降深，原滑坡剪切口位置可能發生變化，在煤層底板大面積揭露和內排載荷不斷加大的情況下，剪切口有向西延伸的趨勢。內排的排棄順序和排棄規格不合理也是造成內排滑坡的原因之一。

三、治理方案

內排積水的控制是治理滑坡的關鍵，要從根上解決問題。露天礦坑水來源主要是四系層和煤層涌水，結合涌水區域特點分別在四系層涌水區域疏導截流、集中控制，內排基底實施防水工程等方法進行綜合治理。

在治理內排涌水的同時，施實條帶式控制開采和跟蹤內排的方式，解決采排的矛盾，確保采剝排工作正常推進。

在有涌水區域的內排基底鋪設毛石和導水盲溝解決疏通內排基底水的問題。另外，在內排蠕動變形量較大區域下部預留6m底煤和敷設毛石以提高內排基底強度，解決滑坡剪切口向西延伸，并對重點蠕動變形區域進行控制。

調整內部排棄參數和排棄順序，從技術角度優化設計，最大限度的在施實內排過程中對邊坡總體穩定進行控制。

四、治理措施

（一）內排涌水治理

1.內排基底水源治理

（1）首先進行條帶開采區域的毛石鋪設工作。條帶開采區域共分為5個條帶進行，南北長度300m，施工順序由北向南逐條進行，每個條帶南北長度60m。每施工完一個條帶至煤層底板后進行毛石的鋪設。毛石鋪設面積為16949m2，工程量2.4萬m3。鋪設厚度不小于1m，不大于1.5m。

（2）由于北區東幫有多處集中涌水點，積水量比較大，在北區預留底煤區域施工導水盲溝對積水進行治理。隨采場不斷降深由東向西逐步進行施工，待北端幫484平盤和6m底煤區域形成后施工導水盲溝并使用石料進行填充，導水盲溝總長度747m，鋪設厚度2m，預計毛石用量4482m3。

2.北端幫涌水治理

針對北端幫到界區域煤壁出水與內排交叉產生濁水這一問題，采用挖溝引流+施工臨時集水坑等措施控制水流方向，在北端幫臺階坡面涌水處鋪設隔水膜，將涌水與內排進行有效隔離，最終將煤壁涌水阻隔至鋪設毛石的水溝內，有效避免了端幫涌水進入內排區域影響邊坡穩定。

（二）控制開采

采場南北兩端至條帶開采區域位置邊坡穩定性較差，有滑坡風險，不能沿煤層底板進行控制開采。通過對兩個區域邊坡穩定性計算，按照預留6m底煤的方式對底板弱層進行控制，防止底鼓現象發生，邊坡穩定系數在1.1，能夠保證兩側排土場的穩定。再加之條帶開跟蹤內排的聯合方式，可實現內排土場邊坡穩定。

1.條帶式控制開采

自2018年第三階段條采以來已經完成30m安全煤柱留設，80m留設6m底煤條帶控制開采的施工。目前北區剩余300m范圍需要繼續實施90m不留底煤條帶式控制開采，也是此次施工范圍。

條帶開采均在采場東幫中區進行，南北共分成五個條帶，每個條帶開口寬度為60m，長度總計300m。以470水位線為基準，沿9#煤層底板進行開采，不留底煤，即以470水平底板等高線向上60°反推位置為西側停采邊界（480水平），降至煤層底板后內排壓腳同步跟進。

按照由上至下的開采順序進行施工，分別施工487、480兩個水平，沿9#煤層底板由東向西推至470煤層底板等高線。每個條帶施工到位后進行跟蹤排棄。排棄順序由下向上依次進行，即先排棄482水平再排棄494水平。

2.不穩定區域預留底煤

（1）北區預留6m底煤區域

結合北區煤層賦存情況，煤層傾角相對較緩，平均傾角為3°56′。將煤層劃分5個水平進行回采，借助北端幫到界482平盤對484、482、479、476、473五個水平由南向北依次形成各水平，由東向西逐盤推進進行回采。

為提高煤炭回收率，在下一水平平盤完成施工后，將上下水平兩條坡底線之間的三角煤通過液壓反鏟甩出的方式全部進行回收。

（2）南區預留6m底煤區域

結合南區煤層賦存情況，煤層傾角相對較陡，平均傾角為9°41′。將煤層劃分2個水平進行回采，由東向西依次為482水平（底板高476）、476水平（底板高470）。將已經形成的482和476兩個平盤坡底線三角煤通過液壓反鏟甩出的方式將三角煤進行回收。最終完成南區6m底煤留設和470水平以上煤體的回收。

（三）排棄組織

1.排棄參數調整

為減少內排工作量對整個內排邊坡的影響，將內排平盤寬度調整至30m，邊坡角度調整至11°30′，通過調整技術參數將邊坡角度變緩，減法少內排的排棄載荷，從技術角度對整個內排土場穩定進行了總體控制，避免了大面積滑坡風險。

2.排棄順序

完成采煤作業區域施工后，首先組織完成最下部482平盤的排棄，并嚴格執行由下向上的排棄順序，先后組織完成了內排區域542、554、566、578等四個水平的排棄。排土場的排棄順序看似簡單，但從內排生產組織過程中來看，是影響內排穩定的又一主要因素。

五、實施效果

通過實施后的內排滑坡綜合理方案來看，目前排土場蠕動變化速率明顯降低，內排土場滑坡得到了有效治理，效果顯著：

（一）在外部排棄空間緊張的情況下，最大限度的完成了內部排土場的排棄工作，不僅解決了現場安全生產標準化達標的問題，還對內排土場高溫點采取了壓埋和清除處理，有效的治理了火災隱患。

（二）在總體控制內排穩定的前提下，實現了內排工作正常開展，減少內排轉外排費用上百萬元，從生產經營上實現了增收節支。

（三）在完成第四階段條帶開采后，目前露天礦實現了正?；夭苫顒樱岣唠婄P采裝生產效率近20%。

（四）內排區域實現穩定后，保證了下部正常的采掘生產活動，進一步提高了露天礦的安全工作水平。

（五）通過預留底煤、施工導水盲溝和毛石鋪設等多項措施從根本上解決了影響內排基底穩定的誘因，提高了基底的減切強度，為下一步大面積實施內排工作奠定了良好的基礎。