內(nèi)排土場復(fù)合邊坡滑坡隱患防控技術(shù)

賈宏君

（內(nèi)蒙古白音華蒙東露天煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒 026200）

排土場邊坡由基底巖層和排棄物料組成，尤其是內(nèi)排土場邊坡不同于其他巖土體邊坡，它的安全穩(wěn)定主要取決于基底巖層的賦存條件及其強度指標(biāo)和排棄物料的力學(xué)性質(zhì)，因此，工程地質(zhì)條件、水及排土參數(shù)、排土工藝是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。隨著開采降深及內(nèi)排容量加大，該類型邊坡的變形失穩(wěn)問題較為普遍，并存在著滑坡隱患問題[1-2]。國內(nèi)外許多學(xué)者從不同角度研究了排土場滑坡與變形失穩(wěn)的基本特征、失穩(wěn)機理[3-5]。針對露天煤礦排土場穩(wěn)定防護與滑坡治理，文獻(xiàn)[6]介紹并采取了諸如非工作幫削坡減荷、地表截流、疏排水、內(nèi)排壓腳等整治措施，取得了較好的成果。文獻(xiàn)[7-9]介紹并采取了條形控制開采技術(shù)治理滑坡，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)的實例。

針對白音華二號礦內(nèi)排土場復(fù)合邊坡滑坡治理實例，研究了該類邊坡滑坡機理，并通過滑坡治理工程措施手段及其時序調(diào)控的綜合研判，提出了這類露天煤礦內(nèi)排土場復(fù)合滑坡隱患防控的控制開采技術(shù)措施。

1 礦山概況

白音華二號露天煤礦位于白音華煤田的中南部，內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗哈日根臺鎮(zhèn)范圍內(nèi)。二號礦煤田面積約35.1 km2，開采煤層有一煤組、二煤組和三煤組。煤系地層上覆第四系和第三系厚度為3.85～85.50 m。受采礦作用，內(nèi)排土場邊坡上部為排棄物料、第四系、第三系松散層，下伏基巖層為由泥巖、砂巖及煤層組成的煤系地層。根據(jù)勘查，構(gòu)成順傾（傾角約3°～5°）邊坡體的相對較硬巖層（泥巖、砂巖等）中往往賦存有連續(xù)分布的單一或多層軟弱面或軟弱層（帶），形成軟、硬巖石互層巖組，由于礦區(qū)地下水疏干排泄效果不明顯，造成一定的地下水富積，遇水后強度降低明顯，易形成軟弱層帶，不利邊坡穩(wěn)定。該類巖組的物理力學(xué)性質(zhì)及工程地質(zhì)特性相差大，巖層層面及其軟弱夾層是工程地質(zhì)特性的控制性因素，在礦山開挖卸荷構(gòu)成臨空面、地下水或排土加載等綜合作用下，易引發(fā)邊坡失穩(wěn)等邊坡滑坡隱患。

2 白音華二號礦內(nèi)排土場邊坡滑坡

2.1 滑坡概況

白音華二號礦非工作幫屬軟巖邊坡，自露天礦開工建設(shè)以來，片幫、塌陷、局部滑動等礦山地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生，曾于2007 年6 月、2008 年6 月、2009年9 月、2010 年7 月、2010 年8 月發(fā)生過5 次小型滑動。2010—2011 年相繼發(fā)生了“9.10 滑坡”、“5.16滑坡”2 次巨型厚層滑坡。根據(jù)滑體前緣位移量、滑體沉降幅度以及滑體后緣范圍，“5.16 滑坡”對采礦生產(chǎn)的影響在“9.10 滑坡”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加深，滑坡造成內(nèi)排空間無法實現(xiàn)的采礦難題。

2.2 滑坡原因

1）內(nèi)排邊坡基底煤層底板賦存有炭質(zhì)泥巖夾層，在受地下水及采掘活動影響，東區(qū)3-3#煤底板以下8～13 m 底板弱層發(fā)生滑動，西區(qū)3-3#煤底板以下11～14 m 底板弱層發(fā)生滑動，形成整體滑坡。

2）軟巖邊坡巖層存在不利邊坡穩(wěn)定的順傾，傾角3°～5°。

3）在排土場上部荷載作用下的軟巖邊坡基底弱層演化，隨排土場的增高載荷增加，引發(fā)軟弱層位異化，形成弱化帶。

4）2 次滑坡量較大，預(yù)留煤巖擋墻無法提高邊坡穩(wěn)定性?；w不僅向前發(fā)展，還由淺部滑面擴展到中部滑面，并且后緣沉陷進(jìn)一步加大。同時，前部沿隆起變形帶剪出加劇，3-3#煤底板深部滑面（變形帶）發(fā)生了破壞變形。

2.3 滑坡對二號礦產(chǎn)生的影響

1）二號礦非工作幫內(nèi)排邊坡基本上由軟巖構(gòu)成，順傾弱層較發(fā)育，僅采滑體前部的3-1#煤也可誘發(fā)再次滑坡。在未治理的情況下繼續(xù)降深露采3-2#、3-3#煤會造成邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步降低?；w前部3#煤組能否順利開采存在不確定性，造成露天礦產(chǎn)能嚴(yán)重受限。

2）雖然滑坡后邊坡區(qū)域暫時趨于穩(wěn)定，但若繼續(xù)用縱采方式開采，邊坡穩(wěn)定性將進(jìn)一步下降，無法滿足安全儲備系數(shù)要求。

3）滑坡后第四系水及煤層水通過裂隙滲入滑體，滑坡體內(nèi)泥巖、炭質(zhì)泥巖弱層的力學(xué)性能受地下水影響顯著，邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步下降。

4）滑坡前非工作幫弱層500～670 m 暴露，邊坡穩(wěn)定性、開挖坡角和弱層暴露長度之間的關(guān)系無法明確，給下一步如何開采帶來難題。

5）滑坡后首采區(qū)實現(xiàn)內(nèi)排時間被推后，不僅增加了汽車運距，同時在南排空間不足的情況下，給今后排土工作帶來極大困難。

6）滑坡后內(nèi)排空間不足仍是目前白音華二號礦生產(chǎn)組織中存在的最大難題。由于3#煤組不能按照縱采方式開采，同時滑體內(nèi)弱層又限制內(nèi)排土場幫坡角及排棄高度，內(nèi)排容量大幅度縮減，導(dǎo)致2#與3#煤之間剝離臺階推進(jìn)滯后且剝離量無處排棄，嚴(yán)重制約露天礦合理有序的生產(chǎn)，也直接影響自有剝離設(shè)備能力的發(fā)揮。

3 內(nèi)排邊坡滑坡隱患控制開采方案

3.1 滑體安全影響因素控制處理措施

1）堵塞平盤裂隙。滑坡后緣裂縫密集形成散體物料邊坡，大氣降水及局部積水滲入，不利于邊坡穩(wěn)定，堵塞裂縫并緩坡減重。

2）截排地表水。修筑地面沿幫固定水溝，盡最大可能將地面水在地表實施攔截，同時避免截排水的回流。采場內(nèi)在不同地段，不同水平修筑水溝、蓄水池等，使水流有序排放合理，消除和減少其對邊坡的不良影響。

3）地下水疏干。在補給水源的地段施工疏干井，用潛水泵將水抽出，減少對邊坡體的滲流。

3.2 控制開采-橫采內(nèi)排治理

“5.16 滑坡”的誘因為利用縱采的方式開采“9.10 滑坡”滑體前部3-1#煤，在未繼續(xù)降深露采3-2#煤、3-3#煤的情況下引發(fā)了2 次滑坡。因此，滑體前部3#煤組利用縱采方式開采已無法滿足邊坡穩(wěn)定性要求。另外，根據(jù)滑坡后邊坡穩(wěn)定性狀況，無法確定內(nèi)排土場及南排土場是否存在第3 次滑坡隱患，需盡快將3#煤組開采從采礦方式上調(diào)整為橫采，利用橫采弱層暴露時間短、可利用側(cè)邊約束控制弱層暴露長度等優(yōu)勢，確定相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性治理。

1）橫采治理方案的制定。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，確定了采用橫采方案及實時監(jiān)控條件下的控制開采技術(shù)方案，橫采治理方案的目的：①避免縱采拉溝弱層暴露長度過長，不利整體邊坡的穩(wěn)定，在考慮側(cè)邊約束的條件下，實施橫采方向拉溝，增加整體邊坡的穩(wěn)定性；②進(jìn)行分區(qū)開采，用煤、巖做壓腳，避免滑坡剪出的發(fā)生條件。

3.3 控制開采-橫采治理方案實施

1）第1 條區(qū)邊坡治理施工組織。根據(jù)第1 條區(qū)治理寬度限制及考慮弱層暴露時間對邊坡穩(wěn)定的影響，確定弱層破斷寬度優(yōu)先選取200 m，空間不足的位置選擇150 m，有利于邊坡穩(wěn)定性。弱層暴露寬度控制為底寬50 m，頂寬150 m，可減少弱層暴露時間對邊坡穩(wěn)定性的不利影響。降深至3-3#煤層底板后，可逐步實現(xiàn)內(nèi)排。

2）后續(xù)邊坡治理區(qū)施工效果。第1 條區(qū)由東向西治理結(jié)束后，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗與經(jīng)濟合理性，提出了條帶“弓”字形開采。即第2 條區(qū)由西向東進(jìn)行拉溝治理并實現(xiàn)內(nèi)排跟進(jìn)，保證采空區(qū)及時回填。此方案的優(yōu)點為：在保證內(nèi)排安全穩(wěn)定的前提下，在時間、空間方面及時提供最大容量的內(nèi)排空間，加快3#煤組開采進(jìn)度及內(nèi)排空間的形式。按照以上模式，歸納總結(jié)出今后治理經(jīng)驗：即第3 條區(qū)按照由東向西開采，第4 條區(qū)按照由西向東開采，依次類推，采用“弓”字型開采及內(nèi)排跟進(jìn)方式。

3）邊坡治理效果。縱采露天礦實現(xiàn)局部橫采的控制開采方式，對露天礦的邊坡穩(wěn)定起到顯著效果。目前，按照文獻(xiàn)[5]治理方案，底部煤層控制開采與內(nèi)排回填同步進(jìn)行，并且控制內(nèi)排土場高度與邊坡角度，已經(jīng)實現(xiàn)第4 條區(qū)控制開采，共計治理寬度約550 m，實現(xiàn)內(nèi)排量4 060 萬m3。

4）邊坡監(jiān)測工程。由于白音華二號礦采場非工作幫及內(nèi)排土場監(jiān)測區(qū)域較大，且具有明顯的動態(tài)性，因此，在工作幫上布置了邊坡穩(wěn)定性雷達(dá)掃描系統(tǒng)，對邊坡治理過程中的動態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，并隨剝采工程發(fā)展調(diào)整位置。另外，在雷達(dá)掃描系統(tǒng)無法重點監(jiān)測的位置，采取人工監(jiān)測，具體措施如下：①布設(shè)觀測線、觀測點，利用GPS 對監(jiān)測點進(jìn)行測量，活躍期3～4 d 監(jiān)測1 次，穩(wěn)定期周期調(diào)整為7 d；②在采場北幫設(shè)置邊坡雷達(dá)實時監(jiān)測系統(tǒng)，重點監(jiān)測邊坡治理過程中非工作幫邊坡穩(wěn)定性。根據(jù)邊坡雷達(dá)監(jiān)測影像數(shù)據(jù)分析，預(yù)測滑體位移趨勢，上報監(jiān)測結(jié)果并用于邊坡穩(wěn)定性技術(shù)研究。

4 結(jié)語

介紹了白音華二號礦內(nèi)排邊坡滑坡隱患綜合防控治理實踐技術(shù)。①針對弱層發(fā)育的內(nèi)排土場復(fù)合軟巖邊坡，弱層勘探及水文地質(zhì)勘查工作應(yīng)超前于采礦工作，并加強疏干排水力度，提高邊坡穩(wěn)定性。②由松散體物料構(gòu)成的軟巖邊坡內(nèi)排土場，其穩(wěn)定性在很大程度上受煤層底板弱層賦存及強度特性控制，內(nèi)排壓幫，有助于邊坡穩(wěn)定。③軟巖邊坡開采時要控制弱層臨界暴露長度，“弓”字型開采及內(nèi)排跟進(jìn)方式有助于及時內(nèi)排。④邊坡安全防控或變形體（滑體）治理需在邊坡變形處于可控預(yù)警監(jiān)測范圍內(nèi)（風(fēng)險可控），對于處于動態(tài)發(fā)展的內(nèi)排復(fù)合軟巖邊坡，采用邊坡雷達(dá)掃描系統(tǒng)與人工監(jiān)測相結(jié)合的滑坡預(yù)警模式，可為有效實施滑坡治理提供決策性依據(jù)。