复杂条件下矸石山边坡稳定分析研究

郭凌云

1 概述

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，预计到2020年煤炭仍占一次性能源的70%左右。随着开采量逐年增加，其副产品——煤矸石排放量亦将按比例增加。潞安集团建立50年来，为国家经济建设做出了巨大贡献，同时也留下数十座大大小小的矸石山，由于技术、资金等因素制约，部分矸石山治理不彻底或治理不达标，为维护矿区环境和生命财产安全，急需对矿区的矸石山稳定性、治理方式进行研究。

在对矸石山稳定分析的基础上，结合潞安矿区矸石山的调查、勘查与试验分析，对矿区矸石山的稳定性进行了分析评价，同时，考虑了自燃对矸石山稳定的影响，并给出了相关的建议和结论。

2 王庄煤矿矸石山概况

常村煤矿煤矸石岩石类型，其种属确定如下：碳质高岭石粘土岩：岩石呈黑色，断口参差不平。碎屑主要为石英晶屑，一般含量5%～8%;长石晶屑和云母晶屑极少量。石英晶屑磨圆度较差，一般呈次棱角～棱角状，磨圆度较低，表现出陆源碎屑特征;似碎屑状高岭石粘土岩：岩石呈灰黑色，断口参差不平。在岩石层面分部有云母等，此类岩石多见于煤层下部;碳质伊利石高岭石粘土岩：其特征类似伊利石高岭石粘土岩，仅碳质成分含量偏高，在岩石层面分布有较多的植物化石。

在矿物组合上，矸石岩类高岭石为主，其次为伊利石及少量的砂屑、石英、碳酸盐矿物，有机质和碳质。高岭石：在岩石中主要呈隐晶质，其次为蠕虫状和砂屑等。隐晶质高岭石含量一般为75%～80%，岩石常表现出隐晶质结构;蠕虫状高岭石大多见于碳质高岭石粘土岩中，其次似碎屑状高岭石粘土岩中。砂屑则为高岭石集合体，粒度0.01 mm～0.2 mm，不均匀分布，含量一般3%～5%;呈手风琴状、蠕虫状等;伊利石：呈隐晶状、微鳞片状等，含量3%～5%;石英和碳酸盐矿物：两者含量2%左右，石英晶体细小(0.01 mm～0.2 mm)，零散分布。碳酸盐矿物主要为方解石微晶及集合体，呈不均匀分布，含量1%左右。有机质和碳质：两者总量10%～15%，其中有机质5%左右。碳质组分表现出定向排列。

3 王庄煤矿矸石山边坡稳定分析

在前期对矸石山调查和勘测的基础上，对王庄矿矸石山进行分析，该矸石山目前没有采取治理措施，矸石山外表覆土，分三次放坡，每个坡脚修有集水沟，坡面修有排水沟，上下坡面的排水沟通过坡顶环道下的暗管相连，典型断面如图1所示。为了摸清该矸石山的稳定状况以及为以后的治理提供必要的理论依据，我们在前期调研的基础上，对该矸石山进行稳定分析，矸石山的力学性质分别为：E=166 MPa，c=60 kPa，φ=35°，μ=0.3，如图2～图8所示。

从图2，图3可见，降雨将会使滑动面发生移动，稳定性变差。从图4～图8有限元分析表明，该矸石山处于稳定状态，现有的治理措施是可靠、可行的，但矸石山的自燃将会使矸石山边坡失稳。

4 结论与建议

通过对矸石山的调查和分析，我们得出以下结论：

1)目前的矸石山治理措施是科学可行的;2)矸石山除可能发生滑坡破坏外，也存在发生自燃、矸石山中的有害物质对周围环境的影响等问题，采取必要的复垦手段以及综合治理是必要的; 3)降雨入渗将降低其安全性，应保证排水沟等设施的安全可靠，尽量减少降雨对矸石山稳定的影响;4)矸石山的自燃现象直接威胁矸石山的安全，建议采取措施避免自燃现象的发生;5)建议加强矸石山变形监测、环境影响监测、生态监测，为以后的综合治理、合理利用提供依据。

［1］ 张 秋，邹喜国，侯 龙.煤矿矿区矸石山稳定性实例分析［J］.城市勘测，2007(6)：125-126.

［2］ 董 倩，刘东燕.矸石山稳定性非线性极限分析上限法［J］.煤炭学报，2007(2)：131-135.

［3］ 董 倩，刘东燕，彭文轩.重庆市矸石山环境地质灾害效应及稳定性分析［J］.中国地质灾害与防治学报，2006(1)：97-101.

［4］ 毛 勇，速田勇，杨正东.锅盖山东侧滑坡稳定性分析与治理［J］.山西建筑，2010，36(12)：111-112.