胜利东二号露天煤矿最终帮局部裂缝对边坡稳定性影响的分析

2020-03-25王守功

露天采矿技术 2020年1期

王守功

（内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限公司，内蒙古锡林浩特 026000）

胜利东二号露天煤矿位于胜利煤田中东部，具有埋藏深、煤层厚、岩性软的特点，露天开采最大深度623 m，聚煤中心区的煤层总厚度（4＃～11＃煤）最厚达320.65 m[1]。采场南帮东部自2011年开始变形，至2011年底形成2条圆弧形裂缝带；2012年7月28日暴雨，到2013年裂缝带发育为后缘的采场、排土场复合边坡滑坡，南帮滑坡对露天矿的建设及生产接续影响较大。通过国内知名专家级多个科研院校研究分析，胜利东二号露天煤矿属于高大软岩边坡，尤其是采场南帮，其稳定性受顺倾弱层、地下水、断裂构造及时间等多因素影响较大，造成南帮大面积滑坡。为避免采场向西推进过程中，新揭露的采场南帮到界边坡再次出现滑坡现象，在开采过程中，加强边坡巡视，针对局部边坡变形，及时进行边坡稳定分析评价是露天矿安全生产的最为关键的一个环节[2]。

1 现场勘查监测及问题

1）变形情况。2019年2月11日，露天矿边坡巡视人员发现南帮西部1020～1008 m水平坡道北侧、1008 m平盘出现裂缝，且上下平盘裂缝几乎相连，裂缝北侧伴有略微沉降。裂缝位于31＃～32＃勘探线之间，东西长度约110 m、最大宽度约12 cm，结合以往南帮变形情况分析，此裂缝为新出现的裂缝，与南帮二号裂缝带无关。同时对下部996、984、972 m各平盘进行了现场巡视，未发现有明显裂缝和搓动现象。

2）周边GPS点监测数据变化情况。通过对2月1日至2月17日区域内GPS6－3监测点位移数据分析，监测点位移速度分别为7.8 mm/d，垂直位移速度分别为－0.5 mm/d，监测点位移速度较1月有所提升。监测点位移曲线如图1。

图1 矢量偏移速度示意图

3）问题提出。通过上述GPS数据变化及现场变化情况分析，附近GPS监测数据缓慢增大，虽下部平盘暂未发现明显变化，但仍存在以下安全风险：一是1020～1008 m水平坡道北侧出现裂缝，此运输道路为采剥运输的主干路，若发生边坡变形变化，存在安全风险；二是960 m水平以下各平盘逐步到界过程中，存在滑坡风险，影响了下部采剥工程的安全进行。因此，及时对变形区域进行边坡稳定性分析，采取相应的治理措施，对保障安全生产是非常必要的。

2 变形区域边坡稳定性

2.1 典型剖面的选取

依据2019年3月采掘工程计划平面图，选取32＃勘探线西130 m处A—A′剖面为采场南帮西部边坡稳定性典型剖面。主要分析上部裂缝对下部948、960 m平盘采剥工程的影响，以及对南帮运输主干路的影响。根据以往边坡研究成果及南帮东部滑坡原因分析，可能从南帮现有裂缝至972 m平盘或至948 m平盘形成滑面剪出，因此，主要以此2种可能出现的滑坡形势进行边坡稳定性分析，验证现有南帮边坡变形对采场下部开拓降深的影响。采场南帮西部A—A′典型剖面位置示意图如图2，剖面示意图如图3。

图2 采场南帮西部A—A｀典型剖面位置示意图

图3 剖面示意图

2.2 边坡稳定性计算分析基础

1）采用GEO－SLOPE／W岩土边坡稳定性分析软件对各典型剖面模型进行计算，计算模式采取摩根斯坦－普瑞斯（Morgenstern－Price）法。

2）本次计算未考虑震动、地下水等影响边坡稳定的因素。

2.3 南帮岩土层物理力学指标

综合现场踏勘、以往地质勘探资料、各高等院校及煤科院对边坡稳定性评价的研究成果，边坡稳定性分析所选取的各岩土层物理力学参数见表1。

表1 现场施工的装药参数

2.4 典型剖面边坡稳定性

依据GB 50197—2015煤炭工业露天矿设计规范[3]中对安全储备系数的规定，服务年限大于10年，非工作帮边坡稳定性系数应大于1.2。采场南帮西部A—A′剖面（滑面1）的稳定性系数为1.381，大于边坡稳定性系数1.2，满足边坡稳定性要求，预测潜在滑面自1 008～ 972 m水平剪出，此位置边坡为凸边坡，下一步应将此区域边坡列为边坡重点监测位置，密切关注南帮滑坡区西部拉裂带向西发展情况。采场南帮西部A—A′剖面（滑面2）自1 008 m水平至948 m水平剪出的潜在滑面的稳定性系数为1.421，大于边坡稳定性系数1.2，满足边坡稳定性要求。

2.5 边坡变形原因

1）地质岩性构造的影响。南帮西部972～1 008 m边坡自上而下为：①第三系棕红色黏土，1 008 m水平至992 m水平，厚约16.21 m；②第三系黄色黏土，含砾（砂）黏土，992 m水平至977 m水平，厚约14.25 m；③未完全固结的薄泥炭，厚约0.86 m。整体为软岩顺倾边坡[4]。因泥炭节理发育较好、易发生错动，同时南帮整体为高大连续顺倾软岩边坡也不利于边坡稳定。

2）南帮1 008～972 m平盘局部边坡角陡。依据2011年辽宁工程技术大学对南帮边坡进行稳定性分析及治理，提交报告《胜利东二露天煤矿南帮边坡稳定性分析及治理研究》，为了保障南帮的边坡稳定，将最终帮坡角由25°调整至18°。因2018年生产计划道路布设影响，导致972～ 1 008 m水平局部边坡角变陡，验收后局部帮坡角为22°。通常情况，边坡越陡，平盘宽度较小，导致在坡顶产生张应力，在坡脚产生强烈的剪应力，并引起坡顶出现张裂缝，坡脚出现剪切破坏带，极大地降低边坡稳定性。

3）地下水影响。胜利东二号露天煤矿含水层由上至下为第四系松散岩类孔隙潜水含水层，第三系孔隙、裂隙潜水含水层，含水层规模小，分布不均，地下水的蠕动对边坡稳定性产生一定影响[5]。

3 采取的安全保障措施

3.1 安全技术措施

1）在1008、996、972 m平盘裂缝北侧设置检测点和人工监测桩，让此检测点和地表监测点形成1条检测线，技术人员加强关注力度通过GPS监测系统、边坡监测雷达及人工监测桩对采场南帮区域进行全面地实时监测，每日对监测桩的位移变化进行测量，并将监测桩的位移数据报至公司调度。应对边坡变形速度加快，及时提出边坡滑坡预防措施。发现边坡变形超过预警值，公司调度及时启动滑坡应急预案[6]。

2）根据地质写实及岩性变化，在保障整体帮坡角不变的情况下，可增大972 m平盘宽度作为保安平盘，防止上部台阶落块或片帮，造成设备以及人员损伤。

3）尽快形成西帮996 m至地表运输主干路，代替现有在1 020 m至996 m平盘运输主干道。在西帮未形成运输道路期间，在保障1 020 m至1 008 m平盘运输坡道安全通行宽度的情况下，将先北侧挡墙南移，降低裂缝片帮的影响，且进行观察作业，加强道路巡视。

4）根据地质写实，南帮4煤顶板以上主要为炭质泥岩和红黏土，已发生片帮，为了避免日后片帮出现连片现象，建议4煤顶板以上各到界台阶按45°设计台阶坡面角设计施工。

5）边坡巡视员每天对该区域1 020 m至1 008 m坡道及1 008 m至972 m各平盘进行重点巡视，重点观察裂缝变化和各台阶搓动情况，每天对各平盘拍摄照片存档，并进行认真对比。

6）当班副总工、队长、工长及安全员巡视路线在各班设备施工作业前，重点巡视该区域1 020 m至1 008 m坡道及1 008 m至972 m各平盘边坡变化，确认无异常后方可作业。

7）加强地面防水和坑下排水工作，防止地面水流入坑下影响边坡的稳定[7]。

8）在非工作帮和端帮，要严格按照设计进行剥挖，不能过界，不得超挖坡底线[8]。

9）非工作帮、端帮和到界台阶，有露头煤和煤层存在，应加以封盖和采取其它防止风化的措施。

3.2 施工安全作业措施

1）在972 m平盘以下各平盘进行采剥工程作业时，必须对作业人员下达安全技术交底书，每位作业人员必须掌握安全技术措施及要求，严禁无关人员进入1 008 m平盘至972 m平盘裂缝区域。所有在该区域作业人员必须熟悉《滑坡事故应急预案》内容，掌握裂缝影响范围、安全撤离路线、应急报告流程及应急处理措施等。

2）在该区域作业管理人员对讲机、手机必须24 h处于开机状态，确保信息畅通。设备、人员通信设备故障或不通畅时，设备及人员要及时地撤离作业区域。

3）作业中突发下列情况应立即组织设备人员撤离，同时上报露天矿生产办，启动现场应急处置方案：①出现原岩开裂响声；②台阶或工作面边缘出现错动、裂缝应立即撤离；③作业区域附近出现岩层小型坍塌、崩落现象；④作业区域附近上部台阶物料出现连续滑落（或滚落）；⑤出现其它滑坡征兆，可能危及设备及人员安全的情况。