内排土场复合边坡滑坡隐患防控技术

贾宏君

（内蒙古白音华蒙东露天煤业有限公司，内蒙古锡林郭勒 026200）

排土场边坡由基底岩层和排弃物料组成，尤其是内排土场边坡不同于其他岩土体边坡，它的安全稳定主要取决于基底岩层的赋存条件及其强度指标和排弃物料的力学性质，因此，工程地质条件、水及排土参数、排土工艺是影响边坡稳定的主要因素。随着开采降深及内排容量加大，该类型边坡的变形失稳问题较为普遍，并存在着滑坡隐患问题[1-2]。国内外许多学者从不同角度研究了排土场滑坡与变形失稳的基本特征、失稳机理[3-5]。针对露天煤矿排土场稳定防护与滑坡治理，文献[6]介绍并采取了诸如非工作帮削坡减荷、地表截流、疏排水、内排压脚等整治措施，取得了较好的成果。文献[7-9]介绍并采取了条形控制开采技术治理滑坡，实现矿山安全生产的实例。

针对白音华二号矿内排土场复合边坡滑坡治理实例，研究了该类边坡滑坡机理，并通过滑坡治理工程措施手段及其时序调控的综合研判，提出了这类露天煤矿内排土场复合滑坡隐患防控的控制开采技术措施。

1 矿山概况

白音华二号露天煤矿位于白音华煤田的中南部，内蒙古自治区锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗哈日根台镇范围内。二号矿煤田面积约35.1 km2，开采煤层有一煤组、二煤组和三煤组。煤系地层上覆第四系和第三系厚度为3.85～85.50 m。受采矿作用，内排土场边坡上部为排弃物料、第四系、第三系松散层，下伏基岩层为由泥岩、砂岩及煤层组成的煤系地层。根据勘查，构成顺倾（倾角约3°～5°）边坡体的相对较硬岩层（泥岩、砂岩等）中往往赋存有连续分布的单一或多层软弱面或软弱层（带），形成软、硬岩石互层岩组，由于矿区地下水疏干排泄效果不明显，造成一定的地下水富积，遇水后强度降低明显，易形成软弱层带，不利边坡稳定。该类岩组的物理力学性质及工程地质特性相差大，岩层层面及其软弱夹层是工程地质特性的控制性因素，在矿山开挖卸荷构成临空面、地下水或排土加载等综合作用下，易引发边坡失稳等边坡滑坡隐患。

2 白音华二号矿内排土场边坡滑坡

2.1 滑坡概况

白音华二号矿非工作帮属软岩边坡，自露天矿开工建设以来，片帮、塌陷、局部滑动等矿山地质灾害时有发生，曾于2007 年6 月、2008 年6 月、2009年9 月、2010 年7 月、2010 年8 月发生过5 次小型滑动。2010—2011 年相继发生了“9.10 滑坡”、“5.16滑坡”2 次巨型厚层滑坡。根据滑体前缘位移量、滑体沉降幅度以及滑体后缘范围，“5.16 滑坡”对采矿生产的影响在“9.10 滑坡”的基础上进一步加深，滑坡造成内排空间无法实现的采矿难题。

2.2 滑坡原因

1）内排边坡基底煤层底板赋存有炭质泥岩夹层，在受地下水及采掘活动影响，东区3-3#煤底板以下8～13 m 底板弱层发生滑动，西区3-3#煤底板以下11～14 m 底板弱层发生滑动，形成整体滑坡。

2）软岩边坡岩层存在不利边坡稳定的顺倾，倾角3°～5°。

3）在排土场上部荷载作用下的软岩边坡基底弱层演化，随排土场的增高载荷增加，引发软弱层位异化，形成弱化带。

4）2 次滑坡量较大，预留煤岩挡墙无法提高边坡稳定性。滑体不仅向前发展，还由浅部滑面扩展到中部滑面，并且后缘沉陷进一步加大。同时，前部沿隆起变形带剪出加剧，3-3#煤底板深部滑面（变形带）发生了破坏变形。

2.3 滑坡对二号矿产生的影响

1）二号矿非工作帮内排边坡基本上由软岩构成，顺倾弱层较发育，仅采滑体前部的3-1#煤也可诱发再次滑坡。在未治理的情况下继续降深露采3-2#、3-3#煤会造成边坡稳定性进一步降低。滑体前部3#煤组能否顺利开采存在不确定性，造成露天矿产能严重受限。

2）虽然滑坡后边坡区域暂时趋于稳定，但若继续用纵采方式开采，边坡稳定性将进一步下降，无法满足安全储备系数要求。

3）滑坡后第四系水及煤层水通过裂隙渗入滑体，滑坡体内泥岩、炭质泥岩弱层的力学性能受地下水影响显著，边坡稳定性进一步下降。

4）滑坡前非工作帮弱层500～670 m 暴露，边坡稳定性、开挖坡角和弱层暴露长度之间的关系无法明确，给下一步如何开采带来难题。

5）滑坡后首采区实现内排时间被推后，不仅增加了汽车运距，同时在南排空间不足的情况下，给今后排土工作带来极大困难。

6）滑坡后内排空间不足仍是目前白音华二号矿生产组织中存在的最大难题。由于3#煤组不能按照纵采方式开采，同时滑体内弱层又限制内排土场帮坡角及排弃高度，内排容量大幅度缩减，导致2#与3#煤之间剥离台阶推进滞后且剥离量无处排弃，严重制约露天矿合理有序的生产，也直接影响自有剥离设备能力的发挥。

3 内排边坡滑坡隐患控制开采方案

3.1 滑体安全影响因素控制处理措施

1）堵塞平盘裂隙。滑坡后缘裂缝密集形成散体物料边坡，大气降水及局部积水渗入，不利于边坡稳定，堵塞裂缝并缓坡减重。

2）截排地表水。修筑地面沿帮固定水沟，尽最大可能将地面水在地表实施拦截，同时避免截排水的回流。采场内在不同地段，不同水平修筑水沟、蓄水池等，使水流有序排放合理，消除和减少其对边坡的不良影响。

3）地下水疏干。在补给水源的地段施工疏干井，用潜水泵将水抽出，减少对边坡体的渗流。

3.2 控制开采-横采内排治理

“5.16 滑坡”的诱因为利用纵采的方式开采“9.10 滑坡”滑体前部3-1#煤，在未继续降深露采3-2#煤、3-3#煤的情况下引发了2 次滑坡。因此，滑体前部3#煤组利用纵采方式开采已无法满足边坡稳定性要求。另外，根据滑坡后边坡稳定性状况，无法确定内排土场及南排土场是否存在第3 次滑坡隐患，需尽快将3#煤组开采从采矿方式上调整为横采，利用横采弱层暴露时间短、可利用侧边约束控制弱层暴露长度等优势，确定相关参数并进行边坡稳定性治理。

1）横采治理方案的制定。根据文献[2]，确定了采用横采方案及实时监控条件下的控制开采技术方案，横采治理方案的目的：①避免纵采拉沟弱层暴露长度过长，不利整体边坡的稳定，在考虑侧边约束的条件下，实施横采方向拉沟，增加整体边坡的稳定性；②进行分区开采，用煤、岩做压脚，避免滑坡剪出的发生条件。

3.3 控制开采-横采治理方案实施

1）第1 条区边坡治理施工组织。根据第1 条区治理宽度限制及考虑弱层暴露时间对边坡稳定的影响，确定弱层破断宽度优先选取200 m，空间不足的位置选择150 m，有利于边坡稳定性。弱层暴露宽度控制为底宽50 m，顶宽150 m，可减少弱层暴露时间对边坡稳定性的不利影响。降深至3-3#煤层底板后，可逐步实现内排。

2）后续边坡治理区施工效果。第1 条区由东向西治理结束后，根据生产经验与经济合理性，提出了条带“弓”字形开采。即第2 条区由西向东进行拉沟治理并实现内排跟进，保证采空区及时回填。此方案的优点为：在保证内排安全稳定的前提下，在时间、空间方面及时提供最大容量的内排空间，加快3#煤组开采进度及内排空间的形式。按照以上模式，归纳总结出今后治理经验：即第3 条区按照由东向西开采，第4 条区按照由西向东开采，依次类推，采用“弓”字型开采及内排跟进方式。

3）边坡治理效果。纵采露天矿实现局部横采的控制开采方式，对露天矿的边坡稳定起到显著效果。目前，按照文献[5]治理方案，底部煤层控制开采与内排回填同步进行，并且控制内排土场高度与边坡角度，已经实现第4 条区控制开采，共计治理宽度约550 m，实现内排量4 060 万m3。

4）边坡监测工程。由于白音华二号矿采场非工作帮及内排土场监测区域较大，且具有明显的动态性，因此，在工作帮上布置了边坡稳定性雷达扫描系统，对边坡治理过程中的动态稳定性进行监测，并随剥采工程发展调整位置。另外，在雷达扫描系统无法重点监测的位置，采取人工监测，具体措施如下：①布设观测线、观测点，利用GPS 对监测点进行测量，活跃期3～4 d 监测1 次，稳定期周期调整为7 d；②在采场北帮设置边坡雷达实时监测系统，重点监测边坡治理过程中非工作帮边坡稳定性。根据边坡雷达监测影像数据分析，预测滑体位移趋势，上报监测结果并用于边坡稳定性技术研究。

4 结语

介绍了白音华二号矿内排边坡滑坡隐患综合防控治理实践技术。①针对弱层发育的内排土场复合软岩边坡，弱层勘探及水文地质勘查工作应超前于采矿工作，并加强疏干排水力度，提高边坡稳定性。②由松散体物料构成的软岩边坡内排土场，其稳定性在很大程度上受煤层底板弱层赋存及强度特性控制，内排压帮，有助于边坡稳定。③软岩边坡开采时要控制弱层临界暴露长度，“弓”字型开采及内排跟进方式有助于及时内排。④边坡安全防控或变形体（滑体）治理需在边坡变形处于可控预警监测范围内（风险可控），对于处于动态发展的内排复合软岩边坡，采用边坡雷达扫描系统与人工监测相结合的滑坡预警模式，可为有效实施滑坡治理提供决策性依据。