露天矿区滑坡压煤后减少二次剥离的回采方法

韩 猛，纪玉石，王孝亮(煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122)

露天矿区滑坡压煤后减少二次剥离的回采方法

韩 猛，纪玉石，王孝亮
(煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122)

露天采场的边帮滑坡是最常见的环境地质问题，作者以呼伦贝尔某煤矿为例，针对露天矿坑边帮滑坡压煤问题，提出了一种预留煤柱、正常开采、条带清理、条带开采、内排回填压脚、开采推进的分步开采方法。该法不仅保障了生产安全，还大大节省了滑坡处理工作量。该方法简单、实效、可行。本文具有很好的参考和借鉴价值。

滑坡；安全性；煤柱；条带开采

0 引言

露天煤矿边坡出现滑坡后，大都会造成滑体压煤现象。对于倾斜煤层而言，采煤工作面大都沿煤层倾向分台阶布置，即滑体一般覆盖于倾斜面之上，进而造成滑体长时间无法达到应力平衡，伴随持续下滑趋势[1-3]。对于上述问题的解决，传统的治理方法为待滑体趋于稳定后，从上到下分层剥离、待压煤露出后将压煤全部或部分回采。上述做法的弊端为：边坡从出现滑动到完全稳定一般要经历较长时间，这给采煤工作面的重新布置及开采计划带来严重影响；滑体在持续下滑过程中会造成压煤量的不断增大，因此在滑体稳定后的清理工作量也有所增加，这一过程所涉及的二次剥离给露天矿带来巨大的经济浪费。因此，若能寻求一种既不影响正常开采工作、又能适量减小土方清理工作量的滑坡治理方式，对于露天矿高效、经济开采意义很大。

1 研究背景

研究矿区位于内蒙古东部呼伦贝尔地区，露天矿边坡工程地质条件较差，边坡岩体物理力学指标较低，属典型的软岩边坡。滑坡区域位于露天煤矿非工作帮，其岩层分布从上至下依次为第四系砂土砾石层、粘土层、白垩系泥岩层、9号煤层、炭质泥岩与泥岩互层、10号煤层、泥岩层等。该矿煤层为缓倾斜煤层，目前开采区域倾角约12°～17°。滑坡后经实地测量及分析，确定滑坡切入口为地面距矿坑60 m处，剪出口为570水平，滑面位于10煤底板。滑体推移距离约90 m,由于滑坡前上部煤层已接近揭露底板，实际有回采价值的压煤宽度约60 m[1](图1)。

图1 滑坡前、后边坡工程地质模型Fig.1 Engineering geological model of slope

2 滑坡影响区域开采安全性分析

2.1 滑体稳定条件

滑坡发生后，采煤工作面基本被滑体全部覆盖，露天矿为保证生产不受影响，滑体以外土方剥离工作并未中断，并形成新的露煤区。上述行为导致滑体前缘支撑约束岩体消失，受滑体后缘松散体重力影响，滑体持续下滑趋势明显，约以200 mm/d的速度持续向前推移[1]。因此，在滑体前缘没有支撑应力约束条件下，只有将后缘滑体从一定水平高度清理，方可保证滑体稳定。通过不同高度清理后边坡稳定性分析计算，当将590水平以上滑体全部清理后，滑体稳定系数为1.214，可满足安全储备需求。不同清理高度的稳定性计算结果见表1。

表1 沿不同高度清理滑体后的稳定计算结果Table 1 Stability calculation results of cleaning up the sliding body at different heights

2.2 开采安全性分析

以实际滑坡剖面为例，现状条件下，滑体继续下滑的稳定系数为1.043(图2)。当约束煤壁采动后，稳定系数迅速降到1.0以下。通过计算，仅当滑体前缘以外煤层开采5 m厚度时，安全系数即降至0.9左右。因此，在滑体不清理的条件下，下部并不具备正常开采条件。

图2 现状条件下滑体稳定性分析结果Fig.2 Analysis results of the stability of the sliding body

3 滑体影响区域及压煤开采方法研究

通过前面的分析可知，现状条件下，由于滑体尚未处于稳定状态，因此在进行后续开采作业时，首先应考虑现状条件下保证滑体稳定。常规的做法为将滑坡上部计算高度以上滑体全部清理，若按前文所确定的590水平高度计算，需清理滑体土方约60×104m3，这一二次清理工作不仅给露天矿带来较高的经济投入，同时需解决运输道路及排土场地等问题。因此有必要考虑设计一种减小土方清理工作量的治理办法。

滑坡不仅产生了压煤问题，还对滑体以外煤层的正常开采造成影响。因此，在开采方案设计时应将滑体压煤与滑体以外煤层开采协同考虑。在考虑滑体范围以外的开采问题时，应密切监测滑体持续下滑速度，并应防止因开采而导致的二次滑坡。因此可考虑在滑体前缘预留一定宽度煤柱，煤柱以外以正常方式开采部分高度煤层，然后在垂直推进方向分成若干条带，分条带将压煤以上覆盖物清理，随即分条带将底板以上原煤、保安煤柱及压煤取出，并迅速内排回填压脚[3]。上述方法可归纳为以下几个步骤：①预留煤柱；②煤柱外一定深度内正常开采；③分条带清理滑体；④条带开采；⑤内排回填压脚；⑥开采推进。

3.1 预留煤柱与正常开采

留设煤柱的目的可概括为以下两方面：一是为滑体持续下滑留置空间，保证下滑空间以外的开采安全；二是为滑体前缘增加支撑约束应力，防止滑体突破煤壁形成新的滑坡。正常开采的深度取决于滑体突破煤层底板的应力，即保证足够的底煤约束应力。因此煤柱宽度与底煤厚度是两个相互制约的变量。通过稳定性分析计算，当保留40 m煤柱宽度，以正常开采方式开采20 m厚度原煤时，滑体突破煤柱而产生滑动时的稳定系数为1.207，可以满足安全储备要求(图3)。

图3 预留40 m保安煤柱时的滑体稳定计算结果Fig.3 Stability calculation results of the sliding mass in the 40 m security coal pillar

3.2 条带清理及条带开采

在进行条带参数设计时，涉及三个至关重要的因素，即条带深度、条带长度及条带宽度[4-5]。条带深度取决于底板位置，由于条带开采后需内排回填压脚，因此条带深度应以揭露煤层底板为准，否则将造成内排回填压煤；对于倾斜煤层而言，条带开采的长度取决于地下水位与煤层底板交界以上煤层的长度；条带宽度一般以保证开采机械设备最小工作空间为准，若开口宽度过大，将导致条带上方岩体因侧方约束效应微弱而致使边坡失稳[3，6-7]。

3.3 内排回填压脚

本文所介绍的分条带清理滑体、并分条带开采的办法，从根本上是基于边坡变形的时间效应[3]，即在边坡进入加速变形前完成开采工作，而抑制边坡加速变形的重要手段即为内排回填压脚，内排应按照自下而上，分层排弃的原则，先从最下部将排弃物与煤壁接触并填平，然后依据内排参数逐级向上排弃[7-8]。在进行内排方案设计时，与煤壁接触区域的压脚高度是一个关键因素，若压脚高度过低，将削弱压脚效果，并可能引发内排土场甚至连同上部边坡的失稳；若压脚高度过高，将导致条带以下煤层的上部荷载过高，给后续开采工作带来压力(图4)。

研究矿区内排及压脚方式分析结果：

(1)从底板排弃到566水平，不与煤壁相抵：Fs=0.975；

(2)548水平以下填实，与煤壁相抵：Fs=1.152；

(3)填实区域增高到554水平：Fs=1.274。

综上边坡稳定性分析计算结果，确定内排土场台阶高度为12 m，548水平以下与煤壁相抵。

图4 内排压脚示意图Fig.4 Schematic diagram of the inner row of the pressure foot

4 结语

本文所介绍的边坡治理及原煤开采方法，实际上是将滑坡及影响区域划分为若干条带区域，并利用边坡变形的时间效应，在边坡进入加速变形之前，完成全部开采及内排工作的一种方法。上述方法可有效减小滑坡土方的清理工作量，同时在滑体稳定前即可提前进行开采及内排工作，既为露天矿争取了时间，又可减小不必要的经济投入。受条带空间及坡道布置等因素的制约，上述开采方法较常规开采在工作效率方面有所下降，但若能将人力资源、机械设备、配采工作面等合理优化配置，即能弥补其不足。上述方法拓宽了传统开采思路及滑坡治理办法，对于类似问题的解决具有一定的借鉴价值。

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A landslide coal mining methods to minimize secondary detachment

HAN Meng，JI Yushi，WANG Xiaoliang
(ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroupShenyangResearchInstitute,Fushun,Liaoning113122,China)

The open pit slope landslide is the most common environmental geological problems, the author takes the coal mine in Hulun Buir as an example, in view of the open pit slope landslide problem of coal, a new method is proposed, which is to set aside coal pillar, normal mining, strip cleaning, strip mining, fill in the inner row, and step by step.This method not only ensures the production safety, but also saves the amount of treatment of landslide. This method is simple, practical and feasible. This paper has a good reference and reference value.

landslide；safety；coal pillar；strip mining

2016-08-22;

2016-10-11

国家自然科学基金面上项目：黄土基底排土场动态稳定性研究(51274122)；国家自然科学基金煤炭联合基金：大型露天煤矿绿色开采理论与应用(U1361211)

韩 猛(1984-)，男，吉林德惠人，地质学专业，硕士，现从事露天煤矿边坡稳定性研究工作。E-mail：hanmlzu@126.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.16

P642.22

A

1003-8035(2017)02-0121-03