露天矿边坡稳定和滑坡防治的技术措施

杨　军

(山西省朔州市煤炭设计研究所，山西　朔州　036002)



露天矿边坡稳定和滑坡防治的技术措施

杨军

(山西省朔州市煤炭设计研究所，山西朔州036002)

摘要分析了露天开采煤矿边坡事故的危害，通过确定帮坡角、稳定系数、边坡稳定角及排土场排弃高度，提出对边坡加强监测监控和地面防水、地下控制水压等一系列措施，有效防止了露天开采煤矿边坡灾害的发生，安全、经济、社会效益显著。

关键词露天开采；边坡稳定；滑坡防治

边坡安全是露天开采煤矿安全工作的重中之重。平朔集团露天煤矿在边坡稳定和滑坡防治中采取了设计预防先行，监控治理并重，煤矿、科研、专业公司相结合的综合性技术措施，有效地防止了露天开采煤矿边坡灾害的发生，特别是技术治理与生态治理相结合，不仅使边坡防治产生了较大的安全、经济、社会效益。平朔集团露天开采30多年来，未发生过人员死亡和财产损失边坡事故，值得露天开采煤矿企业借鉴。

山西省朔州市是我国大型露天煤矿的聚集地，中煤安太堡、安家岭和东露天煤矿等3座露天煤矿年生产能力均在2 000万吨t以上，且境内中煤华昱公司的露天煤矿建设项目也已经启动，因此，露天开采中边坡稳定和滑坡防治值得探索和研究。

1边坡事故的危害

安太堡矿除1991年10月28日南排土场发生一次大滑坡外，未出现滑坡(片帮)现象。2005年3月31日，在安家岭矿采掘场南部、西排土场北侧临近调度室附近的边坡下部(1355平盘)，发现一组较为连续的平行于边坡走向的膨胀裂缝。对此，安家岭矿采取了搬迁调度室，及时回填塌陷裂缝和内排及时压脚的综合性措施。安家岭矿北段帮E8200～E8600区段，自2005年8月2日开始出现大面积变形，滑坡体东西宽约100 m，南北长约50 m，体积约18 000 m3，主滑方向SE35°.变形区面积83 600 m2，其中南北约220 m(N72500～N72720)，东西约450 m(E8180～E8630)。2006年12月8日发生了第一次滑坡，2007年4月16日发生了第二次滑坡，造成北帮1300、1330、1360等干道损坏，暂时停止通车。

边坡事故虽未给露天煤矿造成大的损失，但牵涉了煤矿大量的人力、物力、财力等。

2边坡灾害的防治措施

2.1帮坡角和稳定系数的确定

安家岭矿采掘场边坡组成：台阶高度一般为15 m，南北两侧端帮边坡设有运输通道，端帮边坡上每隔1个平台设有1个运输通道，黄土运输平盘宽34 m，保安平盘宽6 m；岩石运输平盘宽32 m，保安平盘宽4 m.采掘场端帮边坡角34°，稳定系数1.31，端帮边坡存在时间为4～5年。内排土场最终帮坡角20°,稳定系数1.31.安家岭矿历年边坡稳定验算结果：2005年，北帮发生变形，稳定系数1.028～1.135，不能满足要求，安全性差。2006年，对北帮区域边坡进行稳定验算，稳定系数分别为：1.18、1.15、1.21、1.16、1.18，储备系数略显不足。2007年，对北帮滑坡区进行研究计算：滑坡后缘边坡稳定系数为1.024和1.191，滑坡内边坡稳定系数为1.063和1.084，均不能满足边坡安全储备系数要求。2008年，平朔集团实施了《安家岭露天矿边坡综合治理》项目，其中对安家岭露天矿内排土场3个断面进行边坡稳定性验算，结果为：稳定系数分别为1.439、1.231、1.479，均能满足1.2的安全储备系数；南帮扩帮区设计稳定系数1.269，安全系数储备不足，需要对扩帮方案进行调整，达到1.3以上；北帮安全储备系数不足，可通过扩帮和内排压脚方式解决。

2.2边坡稳定角设计

2010年4月，平朔集团联合北京科技大学等院校和专业公司，对东露天矿松散层边坡进行勘察、稳定性分析及最终边坡角确定。通过现场勘察、室内试验、数据分析等多种方法，确定东露天矿边坡软弱土层分布范围，对已发生滑坡的地段提出处治方案，对非工作、工作帮以及重点区域进行稳定性分析，提出分区处治方案及整个东露天矿的长期监测方案。边坡变形主要由褐色页岩泥化层控制，其变形特征主要取决于泥化层的流变特征，所以，在设计边坡时应采用弱层的长期强度来验算边坡的稳定性，并以瞬时抗剪强度和长期极限抗剪强度来分析边坡的变形动态。

2.3排土场排弃高度确定

安家岭建矿初始，排土场设计高度为60～80 m.随着生产建设的扩大，露天矿排土场高度变化较大，均按操作规定执行。安家岭排土场最终帮边坡角设计为20°，平盘高度设计为30 m，东西排最高为1 435 m，内排最高为1 420 m.排土场排弃高度的确定，是做好边坡安全工作的基础，平朔集团长期以此为中心，确保了露天开采安全生产形势的平稳。

2.4加强监测监控和预防

2006年，平朔集团开始了安家岭与安太堡矿区的沉陷与边坡监测工作，主要为露井联采条件下的边坡及排土场稳定、井工开采沉陷影响提供了安全技术服务；并通过对监测数据科学分析，总结出了平朔矿区露井联采这一特殊条件下边坡安全和形变参数及规律，为后期的采矿工程优化设计服务。

1) 实施了《建立平朔生产矿区边坡、土场及地表形变观测网及预警预报系统》项目，完成了GPS基准站建设、GPS基准站软件系统、预警中心系统、数据传输系统、外业观测、平朔矿区精化大地水准面研究、D-INSAR数据收集及分析、数据集成综合处理系统及形变监测预警预报系统。2008年7月该集团利用GPS、测量机器人全自动观测系统等多种先进技术方法，对工业广场部分建构筑物的沉降及变形进行监测。

2) 实施了《矿联井工业广场周边陡帮边坡安全性评价及滑坡防治研究》项目。a) 完成现场调研分析、岩体物理学试验、露天与井工复合采动下边坡的变形稳定性分析、边坡工程强度稳定性分析和相关的物理及数值模拟试验分析等项工作，得出滑坡防治方案。b) 完成边坡加固工程设计及监测系统设计工作。c) 按照边坡加固工程设计方案指导现场进行边坡加固工程。

3) 2009年，集团分别实施了《安太堡露天煤矿边坡稳定性评价及监控方案设计》和《安家岭露天煤矿边坡稳定性评价及监控方案设计》项目。项目主要工作内容：a) 收集2个露天矿矿坑及排土场区域的岩土物理学实验成果。b) 通过对2个露天矿矿坑及排土场区域选取典型剖面的边坡稳定性进行计算，划分出2个露天矿的边坡危险性。c) 根据两矿的稳定性安全评价，提交2个露天矿危险区域监控方案设计。

4) 实施的工业广场陡帮边坡地面监测系统项目，采用测量机器人对监测区域的监测棱镜进行自动化监测，采用GPS对测量机器人的测站和后视点进行定期监测，对监测数据做出分析。

5) 实施的《安家岭矿端帮边坡稳定雷达监测预警方案》，利用国际先进的边坡稳定性雷达SSR-X系统、无线传输技术，实现高精度全天候自动化监测、分析、预警，从而将边坡防治提升到一个新的高度。

2.5地面做好防水，地下控制水压

做好地面防水工程，最大限度地减少采场汇水量。设排水沟，使排水沟与主要泄洪河道贯通；地下水压是影响边坡变形发展的极敏感因素，疏干减压是抑制或延缓软岩边坡蠕动变形进一步发展的有效措施。实践证明，设计合理的疏干工程密度是消除或减小变形“阶跃”，延缓变形发展的有效措施。

2.6协调采矿工程

边坡的管理和维护是控制边坡变形的重要环节，应尽量缩短边坡的暴露时间和服务年限。因此，在选择采矿工艺、采区布置、工作线推进方向和采空区利用等时，都应与边坡工程管理结合起来，协调发展，并实施内排土压脚工程，有效地减小倾倒滑移变。安家岭矿北段帮E8200～E8600区段，自2005年8月2日开始出现大面积变形，为此发生了2次滑坡，均未有人员伤亡和经济损失。为此制定以下方案对滑坡进行治理并逐步恢复通车：1375平盘北扩40 m，扩帮量56.2万m3；1390平盘北扩45 m，扩帮量33.4万m3；1360平盘北扩35 m，扩帮量30.9万m3；滑体前沿压脚并逐步平整、压实处，逐步恢复各道路；防排水工程预防水渗入边坡。

2.7制造人工裂隙，处理煤层含水

由于采煤的降深速度大于煤层疏干的降深速度，如果煤层中的水未处理掉，采煤工作就会受到制约。仅靠疏干井降深，长期时间难以满足采煤降深的要求。通过找到煤层底板等高线的较低点，打一口集水井，就能很快把煤层中的水抽走。

3防治效果

安太堡矿除1991年10月28日南排土场发生一次大滑坡外，未出现滑坡现象。2005年3月31日，在安家岭矿采掘场南部、西排土场北侧发现一组较为连续的平行于边坡走向的膨胀裂缝，由于及时对裂缝塌陷进行回填和内排及时压脚，没有造成损害。

平朔集团在边坡防治理中实施了矿坑外围排土场的生态重建工作，台阶平台、边坡坡面和塬顶平台是主要的工程实施对象。排土场的最终平台主要采用灌草带状混交模式，树草种选择柠条、羊草和披碱草，形成灌草丛；外排土场永久边坡经穴状整地后栽植沙棘，常绿与落叶树木搭配、乔木与灌木结合、路基边坡种草，恢复了植被，对边坡起到了固化的作用。较大矿坑建设为人工湖，涵养了水源，稳定了边坡，形成人工景观。把土地复垦与露天矿开采计划相结合，合理安排，实施边开采、边复垦、边利用促进生态的良性循环。

经过防治，露天采动区域内边坡已基本固化、植被已经恢复，具备了发展农牧业的条件。2012年，正大集团与平朔集团合作建设现代农业示范项目，项目选址正在复垦区内。项目建成后的每年创造产值26.4亿，间接带动农业及相关行业产值20亿元。同时项目产生的有机肥料可满足周边20万亩土地的有机肥需要，拉动有机食品的发展，该项目将会成为融高科技与现代管理为一体的标志性项目，同时也成为露天煤矿土地复垦的示范性基地。

Slope Stability and Technical Measures of Prevention and

Control of landslide in Open Pit Mine

YANG Jun

AbstractAnalyses the open pit coal mine slope accident harm. By determining side slope angle, stability coefficient, slope stability angle and abandoned height of dump, puts forward a series of measures such as strengthen the monitoring of slope, ground waterproof, underground water pressure control and so on. Effectively prevent and control the occurrence of the open pit coal mine slope disasters. Security, economic and social benefits areremarkable.

Key wordsStrip mining; Slope stability; Landslide of prevention and control

中图分类号：TD824.7

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)04-0042-03