压脚回填技术在边坡变形治理中的应用

王孝亮，张 托，韩 猛

（煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122）

压脚回填技术在边坡变形治理中的应用

王孝亮，张 托，韩 猛

（煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122）

以我国蒙东地区某露天煤矿边坡变形实例为基础，分析了边坡变形原因及潜在滑坡模式，确定了内排压脚回填技术为边坡变形治理的主要技术手段。通过建立工程地质模型和边坡稳定性计算，确定了最优内排压脚回填高度为24 m，并对非工作帮边坡裂缝及内排554平盘进行平整与压实，最终将边坡变形速度控制在安全可控范围内，及时地实现了露天矿生产接续，避免了滑坡灾害的发生，保障了边坡稳定与安全。

内排压脚；边坡治理；边坡稳定性；回填高度

0 引 言

随着我国经济建设的快速发展，能源消费也随之迅速增长。大型露天煤矿开采规模越来越大，露天采场边坡暴露出的问题也在不断增加。边坡稳定是影响露天矿开采的重要因素，因边坡失稳造成的地质灾害不仅仅会影响正常的采矿作业，甚至威胁人员和设备的安全，造成巨大的经济损失。目前，压脚回填技术在露天煤矿边坡变形防治中应用广泛，在边坡底部回填物料不仅能够有效地控制上覆岩体的运动，保障边坡稳定与安全，还有利于露天煤矿实现采排一体化，提高煤炭资源采出效率[1-4]。

1 工程实例

2015年4月我国内蒙古蒙东地区某露天煤矿非工作帮边坡及内排土场出现大规模变形，非工作帮边坡产生众多沿走向方向的裂缝，裂缝宽度0.1～1.5 m，长度200～600 m不等，内排土场底部平盘554水平产生底鼓现象。根据边坡位移监测数据，期间边坡最大水平位移速度达461 mm/d，最大沉降速度达83 mm/d，边坡水平位移距离约7.8 m，边坡沉降量为2.6 m，内排土场底部554平盘抬升高度最高约4 m，该矿于4月底暂停了开采工作，非工作帮边坡位移监测数据曲线如图1所示。

2 边坡变形治理方案

2.1 变形原因分析

结合露天矿边坡变形现状及工程地质勘查成果资料，分析认为本次边坡变形原因主要有以下3个方面[5-6]：

图1 边坡监测数据曲线

1）内排物料岩体强度低。内排土场排弃物料主要由松散岩体构成，这些松散岩体是由原采场岩土体在破碎后经排弃而组成的混合岩体，采场岩石经破碎而又重筑后改变了原有的物理力学性质，岩体结构松散，力学强度低，在上部荷载作用下易发生位移变形及底鼓现象。

2）结构面特征显著。内排土场底板岩层主要为泥岩及炭质泥岩，岩石强度为软岩～极软岩，单轴抗压强度f=3～8 MPa，粘聚力C=2.5～6.5 kPa，内摩擦角φ=7.8°～9.2°，为弱层结构。岩石颗粒胶结性能差，吸水后体积容易膨胀，使上部非工作帮边坡及内排土场易沿着底板泥岩弱层位置向底部滑动，上部非工作帮边坡在拉张应力作用下产生裂缝，内排土场底部在上部荷载作用下产生底鼓，极大地影响了边坡的稳定性。

3）冻融弱化岩土体结构。受季节性冻融循环影响，岩土体含水量与岩体强度的变化显著，冻融循环使排土场的岩土体结构性得到显著的弱化。冬季气温寒冷，边坡受雨雪影响产生冻结，岩体裂隙因水的冻结增大了其体积，结果导致现存裂隙的加宽，并产生新的裂隙，降低了岩土体的粘聚力。4月份开始气温逐渐升高，冰雪融化，冻结作用逐步消失，边坡岩体含水量逐渐增加，降低了岩体之间相互作用力，软化了内排土场底板泥岩，加速了边坡变形作用，使得边坡稳定性逐渐变差。

2.2 压脚回填方案

根据边坡变形实际情况及变形原因分析，认为潜在边坡变形破坏模式为坐落滑移式，确立了内排压脚回填技术为本次边坡治理的主要应用技术手段[7-10]。通过建立工程地质模型及边坡稳定性计算，得出内排554平盘在增加不同内排压脚高度下的边坡稳定系数，最终确定合理地内排压脚回填高度，并计算出内排压脚回填土方量。因内排土场设计台阶高度为12 m，因此计算了内排压脚增高高度为12 m、24 m和36 m时的边坡稳定系数，工程地质模型如图2，计算结果见表1。

图2 工程地质模型

表1 不同内排压脚高度下的边坡稳定系数

根据上表1的计算结果可知，当内排压脚增加高度为0 m时，即现状边坡条件下的边坡稳定系数为1.027，此时边坡处于临界边缘状态，边坡出现了位移变形，产生了裂缝与底鼓，下一步很可能将产生滑坡。当内排压脚增加高度为12 m时，此时的边坡稳定系数为1.136，不满足非工作帮边坡安全储备系数1.2的要求。当内排压脚增加高度为24 m时，边坡稳定系数为1.205，刚好满足边坡安全储备系数1.2的要求，此时内排压脚土方量为28×104m3。当内排压脚增加高度为36 m时，因压脚土方量过大将对后续底部煤层开采带来安全隐患，故不宜采用。

因此，最终确定了内排压脚回填高度为24 m，即将原有554平盘增高至578平盘，平盘宽度保持不变，所需内排压方量为28×104m3，内排压脚回填物料选取采场剥离出的松散岩土体，并对平盘表面充分碾压充实。同时将非工作帮边坡上出现的裂缝用较松散的岩土物料填埋，然后碾压平整充实，防止地表雨水入渗以降低边坡的稳定性。

3 边坡变形治理效果分析

该矿于2015年4月底暂停了煤层开采工作，内排压脚回填方案于4月29日开始实施，于5月10日完成了回填工作，期间还完成了非工作帮边坡裂缝平整工作，共历时12 d。内排压脚回填完毕后，边坡稳定系数达到1.2以上，边坡位移变形速度逐渐降低，于5月底水平位移速度降至60～70 mm/d，沉降速度降至 -10～-20 mm/d，并逐渐平稳，边坡监测数据如图3所示。露天矿于6月初重新开始了煤层开采作业，边坡变形速度一直处于安全可控范围内，未出现变形加速情况，内排压脚回填方案实施效果良好，边坡变形治理效果显著。

图3 内排压脚回填后边坡监测数据曲线

4 结 论

结合边坡变形实际情况，通过边坡变形原因及位移监测数据分析，判定了潜在边坡变形破坏模式为坐落滑移式，确定了内排压脚回填技术为边坡变形治理的主要技术手段。通过建立工程地质模型及边坡稳定性数值计算，确定了内排554平盘最优压脚回填高度为24 m，回填土方量为28×104m3，回填后的边坡稳定系数将达到1.2以上，同时对非工作帮边坡出现的裂缝进行了平整与压实。内排压脚回填方案实施完毕后，边坡水平方向变形速度从461 mm/d降至60～70 mm/d，沉降速度从-83 mm/d降至 -10～-20 mm/d，并逐渐趋于稳定，边坡变形治理效果良好，避免了滑坡事故的发生，未造成人员与设备损失，及时地为露天矿采矿作业接续创造了有利条件。

［1］ 王建国，王振伟，王来贵，等．受控于软弱结构面的矿山软岩边坡稳定性［J］.辽宁工程技术大学学报，2006，25（5）：686-688.

［2］ 马进岩.安家岭北帮内排压脚回填技术的参数优化研究［J］.中国矿业，2009，18（9）：90-93.

［3］ 徐晓惠，姚再兴.内排压脚与边坡稳定性的关系［J］.安全与环境学报，2015，15（2）：71-76.

［4］ 韩猛，纪玉石.控制开采技术在软岩边坡露天煤矿的实践［J］.露天采矿技术，2015（7）：7-9.

［5］ 鞠兴军，李林.宝日希勒露天矿采场西帮滑坡区治理措施研究［J］.露天采矿技术，2009（5）：17-19.

［6］ 唐文亮，彭洪阁，马力，等.露天矿内排土场滑坡成因及治理措施研究［J］.煤炭技术，2016，35（8）：166-168.

［7］ 张志平.内排土压脚回填技术在安家岭露井联采中应用［J］.煤炭科学技术，2010，38（1）：20-23.

［8］ 王振伟.内排及削坡对露天矿边坡稳定性影响的实验分析［J］.实验力学，2014，29（2）：163-171.

［9］ 黄立明.边坡回填压脚治理措施的稳定性计算方法研究［D］.南京大学，2015.

［10］ 侯殿昆，曹兰柱，贾兰.内排压脚合理追踪距离的确定［J］.辽宁工程技术大学学报（自然科学版)，2009，28（2）：192-194.

【责任编辑：陈 毓】

Application of backfilling technique in slope deformation treatment

WANG Xiaoliang,ZHANG Tuo,HAN Meng
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

Based on the slope deformation of the open-pit coal mine in Inner Mongolia,the article analyzes the reason of slope deformation and the potential slide mode,determines that the inner dumping backfilling technique is the main technical means. Through the establishment of engineering geological model and the slope stability calculation,the mine determines that the height of inner dumping backfilling is 24 m,and compacts the slope cracks of non-working slope and inner dumping 554 flat pan.At last,the speed of slope deformation is to be within acceptable limits,which achieves the continuous production of open-pit time and ensures the slope stability and security.

inner dumping;slope treatment;slope stability;height of backfilling

TD824.7+2

B

1671－9816（2017）04－0004－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.002

王孝亮，张托，韩猛.压脚回填技术在边坡变形治理中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（4）：4-6.

2016-12-12

王孝亮（1990—），男，汉族，江西兴国人，助理工程师，硕士，2014毕业于中国矿业大学（北京）地质工程专业，现就职于煤科集团沈阳研究院有限公司露天分院，从事边坡稳定性评价与研究工作。