提高内排边坡稳定性的研究与实践

董建华 曲道龙

摘要：露天矿开采过程中，内排土场的稳定直接影响正常的采剥作业，给生产接续和安全管理带来困难。通过控制开采、涌水治理、调整设计参数等综合措施，对其进行有效治理，消除不稳定因素。

关键词：控制开采;涌水;毛石铺设;滑坡变形

一、概况

（一）开采要素

煤层赋存形态呈椭圆形盆地状，四周边缘煤层露头，盆底为煤层埋藏最深部。9号煤层为主采煤层，是全区发育的特厚煤层，发育较稳定。内排土场边坡角12°，平盘设计宽度30m，台阶坡面角33°，台阶高度12m，共有12个内排平盘。

（二）工程地质情况

1.矿区的岩石（土）工程地质特征

矿区的岩石（土）工程地质特征分为第四系松散层组（该组地层由砂土、粘土、砂砾石组成）、伊敏组碎屑岩组（该组地层由泥岩、碳质泥岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩和煤层组成（本区煤层具有光泽暗淡、含丝炭、木质结构、性脆的特征。由于煤的节理和层理发育，煤芯多呈短柱状、碎块或片状。

（三）水文条件

地表主要河流为海拉尔河，由东向西流经本区北侧（距离煤层露头1.87公里），属老年期河流，分叉合并现象比较多，牛轭湖比较发育，最大流量为1590m3/s，最小流量为零，平均流量为65.4m3/s;煤田西部扎尼河为季节性河流，由南向北流经本区注入海拉尔河，其平均流量50m3/h。

二、内排失稳的主要原因分析

根据2014年以来内排发生的变形和滑坡分析来看，主要有以下几种原因：

（一）弱层与水的因素

边坡类型属软岩边坡，上部地层为第四系松散砂砾层、黏土层，第四系地层与白垩系煤层顶板泥岩成不整合接触，不整合面处岩层工程力学性质较差，该处黏土层为潜在弱层9煤顶板-10煤底板区域以泥岩、炭质泥岩、煤线为主。同时，第四系层与局部煤层露头直接接受海拉尔河水补给，疏干困难。地下水是影响边坡稳定的最大不利因素。

（二）岩层产状因素

扎尼河露天矿整体为湖盆沉积单元，内排边坡处于盆地的东南边缘，白垩系地层走向与边坡走向近似一致，倾向与边坡坡面方向一致，即顺层结构，开采区域岩层倾角约12-18°，局部达到30°，这种产状的岩层在重力的叠加作用下，容易沿沉积面产生滑移，进而对内排土场边坡造成破坏。

（三）工程组织因素

从近几年滑坡区域位置来看，均在578水平以下。随采场不断向西推进向下降深，原滑坡剪切口位置可能发生变化，在煤层底板大面积揭露和內排载荷不断加大的情况下，剪切口有向西延伸的趋势。内排的排弃顺序和排弃规格不合理也是造成内排滑坡的原因之一。

三、治理方案

内排积水的控制是治理滑坡的关键，要从根上解决问题。露天矿坑水来源主要是四系层和煤层涌水，结合涌水区域特点分别在四系层涌水区域疏导截流、集中控制，内排基底实施防水工程等方法进行综合治理。

在治理内排涌水的同时，施实条带式控制开采和跟踪内排的方式，解决采排的矛盾，确保采剥排工作正常推进。

在有涌水区域的内排基底铺设毛石和导水盲沟解决疏通内排基底水的问题。另外，在内排蠕动变形量较大区域下部预留6m底煤和敷设毛石以提高内排基底强度，解决滑坡剪切口向西延伸，并对重点蠕动变形区域进行控制。

调整内部排弃参数和排弃顺序，从技术角度优化设计，最大限度的在施实内排过程中对边坡总体稳定进行控制。

四、治理措施

（一）内排涌水治理

1.内排基底水源治理

（1）首先进行条带开采区域的毛石铺设工作。条带开采区域共分为5个条带进行，南北长度300m，施工顺序由北向南逐条进行，每个条带南北长度60m。每施工完一个条带至煤层底板后进行毛石的铺设。毛石铺设面积为16949m2，工程量2.4万m3。铺设厚度不小于1m，不大于1.5m。

（2）由于北区东帮有多处集中涌水点，积水量比较大，在北区预留底煤区域施工导水盲沟对积水进行治理。随采场不断降深由东向西逐步进行施工，待北端帮484平盘和6m底煤区域形成后施工导水盲沟并使用石料进行填充，导水盲沟总长度747m，铺设厚度2m，预计毛石用量4482m3。

2.北端帮涌水治理

针对北端帮到界区域煤壁出水与内排交叉产生浊水这一问题，采用挖沟引流+施工临时集水坑等措施控制水流方向，在北端帮台阶坡面涌水处铺设隔水膜，将涌水与内排进行有效隔离，最终将煤壁涌水阻隔至铺设毛石的水沟内，有效避免了端帮涌水进入内排区域影响边坡稳定。

（二）控制开采

采场南北两端至条带开采区域位置边坡稳定性较差，有滑坡风险，不能沿煤层底板进行控制开采。通过对两个区域边坡稳定性计算，按照预留6m底煤的方式对底板弱层进行控制，防止底鼓现象发生，边坡稳定系数在1.1，能够保证两侧排土场的稳定。再加之条带开跟踪内排的联合方式，可实现内排土场边坡稳定。

1.条带式控制开采

自2018年第三阶段条采以来已经完成30m安全煤柱留设，80m留设6m底煤条带控制开采的施工。目前北区剩余300m范围需要继续实施90m不留底煤条带式控制开采，也是此次施工范围。

条带开采均在采场东帮中区进行，南北共分成五个条带，每个条带开口宽度为60m，长度总计300m。以470水位线为基准，沿9#煤层底板进行开采，不留底煤，即以470水平底板等高线向上60°反推位置为西侧停采边界（480水平），降至煤层底板后内排压脚同步跟进。

按照由上至下的开采顺序进行施工，分别施工487、480两个水平，沿9#煤层底板由东向西推至470煤层底板等高线。每个条带施工到位后进行跟踪排弃。排弃顺序由下向上依次进行，即先排弃482水平再排弃494水平。

2.不稳定区域预留底煤

（1）北区预留6m底煤区域

结合北区煤层赋存情况，煤层倾角相对较缓，平均倾角为3°56′。将煤层划分5个水平进行回采，借助北端帮到界482平盘对484、482、479、476、473五个水平由南向北依次形成各水平，由东向西逐盘推进进行回采。

为提高煤炭回收率，在下一水平平盘完成施工后，将上下水平两条坡底线之间的三角煤通过液压反铲甩出的方式全部进行回收。

（2）南区预留6m底煤区域

结合南区煤层赋存情况，煤层倾角相对较陡，平均倾角为9°41′。将煤层划分2个水平进行回采，由东向西依次为482水平（底板高476）、476水平（底板高470）。將已经形成的482和476两个平盘坡底线三角煤通过液压反铲甩出的方式将三角煤进行回收。最终完成南区6m底煤留设和470水平以上煤体的回收。

（三）排弃组织

1.排弃参数调整

为减少内排工作量对整个内排边坡的影响，将内排平盘宽度调整至30m，边坡角度调整至11°30′，通过调整技术参数将边坡角度变缓，减法少内排的排弃载荷，从技术角度对整个内排土场稳定进行了总体控制，避免了大面积滑坡风险。

2.排弃顺序

完成采煤作业区域施工后，首先组织完成最下部482平盘的排弃，并严格执行由下向上的排弃顺序，先后组织完成了内排区域542、554、566、578等四个水平的排弃。排土场的排弃顺序看似简单，但从内排生产组织过程中来看，是影响内排稳定的又一主要因素。

五、实施效果

通过实施后的内排滑坡综合理方案来看，目前排土场蠕动变化速率明显降低，内排土场滑坡得到了有效治理，效果显著：

（一）在外部排弃空间紧张的情况下，最大限度的完成了内部排土场的排弃工作，不仅解决了现场安全生产标准化达标的问题，还对内排土场高温点采取了压埋和清除处理，有效的治理了火灾隐患。

（二）在总体控制内排稳定的前提下，实现了内排工作正常开展，减少内排转外排费用上百万元，从生产经营上实现了增收节支。

（三）在完成第四阶段条带开采后，目前露天矿实现了正常回采活动，提高电铲采装生产效率近20%。

（四）内排区域实现稳定后，保证了下部正常的采掘生产活动，进一步提高了露天矿的安全工作水平。

（五）通过预留底煤、施工导水盲沟和毛石铺设等多项措施从根本上解决了影响内排基底稳定的诱因，提高了基底的减切强度，为下一步大面积实施内排工作奠定了良好的基础。