平朔东露天矿边坡系统安全管理

刘果

（中煤平朔集团有限公司，山西朔州036006）

安全与环保

平朔东露天矿边坡系统安全管理

刘果

（中煤平朔集团有限公司，山西朔州036006）

通过分析东露天矿南北两端帮、工作帮以及内外排土场边坡稳定性，评价目前矿坑整体边坡稳定水平，对处于基本稳定区域进行警示，为在生产中做好边坡巡视、边坡监测工作、优化靠帮边坡设计提供理论支持，确保露天矿边坡稳定。

露天矿；边坡系统；安全管理

0 引言

平朔东露天矿位于山西省朔州市平鲁区榆岭乡，在平鲁区东北约10 km处，距朔州市28 km，设计原煤生产能力2 000万t/a，2009年1月8日开工建设，基建期30个月，2015年达到设计生产能力水平，主要可采煤层从上往下分别是4#、9#、11#煤，平均厚度为35 m，埋藏深度100～200 m，原煤类别主要以气煤为主，含硫量为低到中硫，可作动力用煤及民用煤。开采工艺为综合工艺，表土采用外包（小型单斗-卡车间断开采工艺），岩石采用单斗挖掘机-卡车间断开采工艺，其中1290平盘上采用一套单斗挖掘机-自移式破碎机-带式输送机-排土机半连续开采工艺，原煤采用单斗挖掘机-卡车-端帮半固定式破碎站-端帮带式输送机-运输大巷-选煤厂半连续工艺。单斗工艺剥离采用35、60 m3单斗挖掘机及17 m3前装机，用172～290 t的自卸卡车运输。该工艺具有简单可靠、机动灵活、开采强度大等优点[1]。

1 边坡系统概况

东露天矿边坡系统分为矿坑边坡系统和外排土场边坡系统。矿坑边坡系统包含工作帮边坡、北端帮边坡、南端帮边坡、内排土场边坡。外排土场边坡系统包含麻地沟排土场边坡、东排土场边坡、北排土场边坡。工作帮中部、南部帮坡角达9°，北部榆岭村底部区域4煤底板至地表1430平盘帮坡角度达15°，且该区域位于红黏土层较厚区，是东露天矿4个不稳定区之一，边帮较陡有滑坡可能。北帮西部为东露天矿典型端帮，设计帮坡角度35°；北帮东部为1400平盘至1290平盘卡车出入沟边坡，坡角缓，但2016年5月在该区1350—320平盘发生局部片帮，底部滑体长90 m，上部长40 m，滑体面积0.6万m2，滑体量约3万m3，该区域同样位于东露天矿4个不稳定区之一。南端帮设计帮坡角度35°，其中中部为稳定区，西部和东部处于东露天矿不稳定区域[2]，东部（非工作帮）已内排压帮，非工作帮2010年4月至2012年5月发生过3次大的滑坡，现已内排压帮至1400平盘，边坡表现稳定[3]。东露天矿不稳定区范围如图1，各边帮稳定性分布云图如图2。

图1 东露天矿不稳定区范围

图2 东露天矿各边帮稳定性分布云图

2 各边坡稳定性分析

2.1 工作帮边坡稳定分析

工作帮西部为榆岭村和砖井村大沟，沟底最底处标高1 320 m，随着地表开挖，上部平盘从1360平盘降低至1320平盘之前，工作帮边坡均为稳定性边坡。但是工作帮北部为榆岭村36户陡帮开采区域，目前地表至4#煤底板坡度达15°，处于不稳定区域二位置，存在边坡滑坡危险。根据山西冶金岩土工程勘察总公司、中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司提供的勘察结果，该区域红黏土层平均厚度49.2 m，按照原设计1400、1380、1350平盘保留平盘宽度40 m，1390、1370平盘宽度10 m，台阶坡面角60°计算基岩至地表边坡稳定系数。用典型剖面用简化Bishop法计算圆弧滑坡稳定系数为1.01，折线滑坡稳定系数为1.04。根据GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范露天煤矿边坡安全系数的规定，以简化Bishop法安全系数为基础，边坡稳定性初步判别标准为：边坡安全系数大于1.2，边坡稳定；边坡安全系数在1.1～1.2，边坡基本稳定；边坡安全系数小于1.10，边坡不稳定。工作帮北部不仅红黏土层厚度大，土岩接触面稍向内倾，边坡处于不稳定状态。北部该区域红黏土层及土岩接触带参数表见表1，工作帮北部典型剖面图见图3。

表1 工作帮北部区域土岩接触带参数

图3 工作帮北部典型剖面图

通过优化边帮参数，在基岩层上部平盘总体坡角23°～24°条件下，对红黏土层以上台阶坡度进行验算，红黏土层坡角分别取45°、40°、35°，同样剖面分析方法与岩土参数条件下计算，该剖面稳定系数对比见表2[4]。

表2 不同红粘土台阶坡角安全系数

目前工作帮北部松散层帮坡角度达到60°，台阶坡度为60°，处于不稳定状态，需要加强此处边坡监测，时时关注坡顶裂缝发育和平盘底鼓情况。

2.2 北端帮边坡稳定分析

北帮东部2016年5月在1350—1320平盘发生局部片帮，应证了不稳定区一为边坡不稳区，该片帮区域为1401机道1310—1330段上部，如果发生大面积滑坡将中断半连续系统生产，后果不堪设想，故应尽快分析片帮原因，启动治理方案。在红黏土坡角60°下，用典型剖面用简化Bishop法计算圆弧滑坡稳定系数为0.97，折线滑坡稳定系数为0.92。当红黏土坡角45°时，此处典型剖面圆弧滑坡稳定系数1.07，折线滑坡1.01，同样处于不稳定状态。当红黏土坡角40°时，此处典型剖面圆弧滑坡稳定系数1.12，折线滑坡1.15，处于基本稳定状态。当红黏土坡角35°时，此处典型剖面圆弧滑坡稳定系数1.19，折线滑坡稳定系数1.19，边坡处于基本稳定状态。考虑片帮区为已靠界区，治理方案应优先以“缓坡”方式进行，按照1320、1330、1340、1350 4个平盘清理滑体，对1350平盘削坡，坡顶为1360平盘运输干道边缘，台阶坡角为35°，从而提高片帮区域边坡稳定性。需要注意的是该区位于北帮陷落柱边缘土岩交界处，陷落柱边缘岩体较破碎，且该区域边坡暴露时间已达6年以上，在外界物理化学环境（降雨、风化等）影响下，造成岩土物理力学性质弱化。治理期间应封闭该片帮区域，防止人员、车辆进入；在治理过程中尽可能减小对边坡的扰动，加强边坡监测，完善数据分析和预测预报。

2.3 南端帮边坡稳定分析

南帮边坡含有2个不稳定区，东部不稳定区已实现内排压帮，西部不稳定区2014年5月发生大规模滑塌，滑坡体涵盖1350—1420平盘，导致下部1380平盘道路无法使用，1350平盘无法按计划靠界作业，极大威胁矿坑安全生产生产。2014年9月，在上次治理完成4个月后，该区域滑体进一步产生变形，同时在2014年10月及2014年12月滑坡区下方1320平盘发生2次岩层台阶局部片帮，导致内排1320干道无法通行，卡车需要绕排1350平盘和4煤底板平盘，给生产组织带来不利影响。滑坡区域位于图1中不稳定区四，该区红黏土层平均厚度28.5 m，滑坡前典型剖面图圆弧滑坡安全系数为1.07，折线滑坡安全系数为1.07，处于不稳定状态，在边坡治理过程中，在1 356 m高程处发现软弱层-绿色软状土体，引起边坡蠕动变形破坏，威胁边坡稳定[5-6]。根据生产实际确定最终治理方案为1350平盘到地表保留1350、1380、1400 3个平盘，1400平盘宽度21 m，边坡角35°；1380平盘宽度91 m，边坡角35°，1380平盘外侧10 m用岩石物料排弃；1350平盘宽度150 m，边坡角40°，在采掘底部9#煤时，采用“先采后垫”的方案，提前将新9#煤破碎口东侧的9#煤采出，之后用物料紧贴南帮排弃[7]。

2.4 内排土场边坡稳定分析

东露天矿自2015年自营卡车剥离物全部排弃至内排土场，大幅降低运输成本，目前矿坑内排土场帮坡角度为16.5°，小于设计内排土场帮坡角度20°，总体边坡表现稳定。影响排土场稳定的安全隐患主要有9#煤破碎口处1250平盘至11煤底板为台阶高度55 m高的单台阶，生产中采用底部至1250平盘坡底线预留60 m距离，排弃砂岩、细砂岩为主的剥离物，增加底部岩层附着力，保证了单台阶稳定性。在进行粉土、红黏土排弃时，考虑到雨季对台阶冲刷极易引起滑坡，以“土岩混排”方式组织排弃，增加了1400平盘边坡稳定[8]。

2.5 外排土场边坡稳定分析

外排土场边坡包含麻地沟排土场边坡、东排土场边坡、北排土场边坡。麻地沟排土场最大排弃标高1 400 m，现已靠界和复垦，较好地形成了西高东底排水系统，各积水可以沿排水沟汇入到冲沟中，边坡稳定系数较高。东排土场处于薛家港村西部地势较高区域，设计排弃最大标高1 460 m，设计最小排弃标高1 380 m，因村庄“钉子户”村庄，导致排土场处于未靠界状态，实际排弃最大段高达60 m，处于基本稳定状态，通过设置排水沟将水流引向南部稳定区域、停止排弃物料等措施，近12个月该土场未出现滑坡征兆，边坡表现良好。北排土场为东露天矿基建剥离物主要排弃区域，设计排弃最大标高1 510 m，实际排弃最大标高1 500 m，东部1490、1460、1430平盘已完成靠界工作，实际边坡角度15°，小于外排土场最大帮坡角度22°，处于稳定状态。北排土场西部处于南洼大沟附近，因用地困难未能将南洼大沟填平，土场最大段高70 m，大量红黏土排弃物因沟底雨季积水崩解进一步降低了边坡稳定，边坡处于不稳定状态，需要加强观测，做好危险区域警示，封堵排弃道路，对距离土场小于土场150 m的住户进行紧急疏散，确保边坡周围人员安全。

3 矿坑边坡安全建议

日常边坡巡视要重点对工作帮北部榆岭村区域进行重点监测，矿坑边坡雷达监测数据每天更新，分析滑坡可能性，做好预测预报，在进行缓帮降段施工中，严格按照“从上到下，分层开采”方式进行黄土平盘、红黏土平盘刷帮靠界，防止滑坡事故发生。北帮东部已片帮区域按照“削坡减载”方式进行治理，完善不稳定区域上部平盘防排水系统，开挖排水沟将雨季积水引至目标积水区域，方便水泵排水和水车利用积水。非工作帮已实现压帮内排，岩石台阶边坡稳定，黄土台阶要注意土岩混排，在北帮出入沟要预留足够安全距离，防止1380、1400平盘滑坡导致出入沟无法通行。南帮西部不稳定区已完成治理，要进一步监测边坡稳定状态，雨季做好平盘降雨截水和出水口防水，防止红黏土平盘稳定性降低。外排土场要对东排土场、北排土场边坡稳定加大巡视，设置监测线，严格做好边坡监测记录，在雨季前做好暴雨灾害预报工作，模拟应急救援预案，确保雨季期间人员安全。

4 结论

通过分析东露天矿矿坑边帮和排土场边坡稳定性，确定了工作帮北部、北帮东部、东排土场、北排土场4个需要重点注意的区域，并根据各边坡岩土性质及周围环境提出了解决措施，为保证矿坑边坡安全提供了技术保障，有利于提高矿山安全保障水平。

［1］中煤西安工程设计有限公司.东露天煤矿初步设计说明书［R］.西安：中煤西安工程设计有限公司，2009.

［2］韩进，徐君，段力士.平朔东露天矿南帮滑坡区稳定性分析及治理［J］.露天采矿技术，2015（6）：30-32.

［3］韩进，刘果，傅新华.平朔东露天矿东帮滑坡治理及采煤方案研究［J］.露天采矿技术，2013（2）：30-32.

［4］北京科技大学，中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司.平朔东露天矿首采区端帮勘察及边坡稳定性评价［R］.北京：北京科技大学，中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司，2012.

［5］丁立明，才庆祥，刘雷，等.软弱夹层对露天矿边坡稳定性的影响［J］.金属矿山，2012（4）：40-42.

［6］蔡光琪，傅新华，徐君，等.平朔东露天矿南帮滑坡治理方案［J］.露天采矿技术，2015（7）：1-3.

［7］徐志远，金爱兵，刘宪权，等.露天矿软弱层边坡失稳机理与治理技术［J］.煤矿安全，2015，46（S1）：89-93.

［8］刘峰，邓有燃，刘如成，等.安家岭露天矿内排土场南帮边坡稳定性控制措施研究［J］.露天采矿技术，2012（S1）：46-50.

【责任编辑：陈毓】

Slope system safety management in Pingshuo East Open-pit Mine

LIU Guo
(China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

Through analyzing the north and south end slopes and internal and external dump slope stability in East Open-pit Mine, the article evaluates the overall slope stability level,and gives warning in the basic stability region,which provides theoretical support for slope inspections,slope monitoring and optimizing slope design to ensure the slope stability of open-pit mine.

open-pit mine;slope system;safety management

TD824.7

B

1671-9816（2017）05-0068-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.019

刘果.平朔东露天矿边坡系统安全管理［J］.露天采矿技术，2017，32（5）：68-70.

2017-01-16

刘果（1987—），男，四川广安人，工程师，2009年毕业于中国矿业大学采矿工程露天开采专业，现在平朔东露天煤矿生产技术部工作。