浅析露天矿边坡稳定工程安全技术措施

刁志军 谭舒文

（吉林省工程技术有限公司，吉林 长春130012）

1 问题的提出

梅河露天煤矿位于吉林省梅河口市，设计规模为60 万t/a。在梅河露天煤矿生产建设过程中，存在着边坡不稳定等危险因素，为预防和消除这些不利因素，保护职工的安全与身心健康，本文从多角度对该矿边坡稳定进行了安全生产措施分析，以利于灾害防治，保障安全生产。

2 工程地质条件对边坡稳定性的影响分析与措施

2.1 工程地质条件

2.1.1 梅河露天煤矿工程地质岩层主要为3 个工程地质岩组。分别叙述如下：a.松散岩组：主要为第四系粘土、砂、砾石和卵石,厚度30～35m，分布在河流两侧的阶地、漫滩及沟谷低洼处，砂、砾石和卵石分选性差。b.层状碎屑岩组：主要由古近系梅河组炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、粗砂岩、砂砾岩组成。①砂岩、砂砾岩组：主要为古近系古新统梅河组粉砂岩、砂岩、砂砾岩组。厚度12～30m，最大厚度220m，分布稳定，岩芯多呈长柱状，部分短柱状，极限抗压强度1.39～36.2MPa,属半坚硬～软弱岩组。②泥岩类岩组：其岩性主要为古近系古新统梅河组炭质泥岩、泥岩，多为矿区工业煤层的直接顶、底板。总观各层，岩层厚度4～80m，最大厚度95m，据钻孔岩芯观察，泥岩类水平层理发育、易碎、岩芯多呈碎块状，极少部分呈短柱状，易风化，极限抗压强度1.26～5.96MPa,属软弱岩组。c.软弱破碎带。主要为各类岩石的风化带及构造破碎带。该区岩石风化带厚度一般20～35m，构造破碎带最宽可达10m 左右，均含有不同程度的潜水或微承压水。断层构造严重地破坏了岩层的完整性，使岩层稳定性变差。加之地下水的活动，使岩层的稳定性和完整性受到进一步破坏。

2.1.2 梅河露天煤矿采场剥离物工程地质特征

该矿露天采掘场上部剥离物为松散的第四系粉质粘土、砂和砾石，结构松散，厚度10～35m，易于剥离。露天采掘场下部剥离物为古近系砂岩、泥岩，岩石强度1.26～36.2MPa，强度差别大，最大厚度90m，较易剥离。

2.1.3 工程地质条件评价

采场南北边坡由粉质粘土、砂、砾石、砂岩和泥岩组成，粉质粘土、砂、砾石结构松散；砂岩和泥岩强度较硬～极软，物理力学性质差别较大，泥岩遇水易软化，边坡岩性组合复杂，边坡类型为第一类二型。采掘场剥离物为松散软岩～硬岩，强度差异大，剥离物属二类二型。矿床工程地质条件为中等类型。

2.2 地质条件分析及措施

根据该矿地质报告分析，本区主要岩层为砂岩、泥岩、第四系松散层。煤层顶底板主要为炭质泥岩、泥岩层。影响本矿边坡稳定的主要因素为岩性、结构面、节理裂隙及水。在生产过程中，严格按设计边坡角施工，同时根据露天矿开采层位、边坡岩性特征，做针对性的边坡岩土工程地质勘查，根据地质勘查结果对局部区域的边坡角进行调整，以确保边坡的稳定性。加强疏干水管理工作，提高疏干水效果，降低水对采场边坡稳定性影响。在遇到断层等边坡滑动破坏面（或潜在滑动破坏面）时，采用锚索加固的方式，将滑动面与滑床锚固，保证边坡稳定性。

3 采掘场边坡稳定系数及计算参数的确定

根据该矿水文地质和工程地质补充勘查报告及岩土强度试验结果，确定岩土体强度参数，见表1。

表1 边坡岩体强度参数表

选取典型的地质剖面建立计算模型，采用边坡计算软件slide 进行计算分析。通过计算，采掘场北帮上部第四系角度为31°、下部岩层38°、高度125m 时边坡稳定系数为1.20，见图1。南帮上部第四系角度为31°、下部岩层38°、高度129m 时边坡稳定系数为1.230，见图2。非工作帮上部第四系角度为31°、下部岩层38°时、高度105m 时边坡稳定系数为1.255，满足规范边坡稳定系数要求，见图3。以上值均满足规范对边坡稳定系数要求。

图1 采掘场北帮边坡稳定计算结果图

图2 采掘场南帮边坡稳定计算结果图

图3 采掘场非工作帮边坡稳定计算结果图

4 采掘场边坡其它影响因素分析与安全措施

4.1 地下水对边坡的影响

鉴于地下水的存在会降低软弱层储存的弹性势能，又会减少滑面的有效正压应力，导致阻尼力减少的实际，对地下水极为敏感的影响着边坡的稳定性应引起足够的重视。梅河露天煤矿在剥离前，采取地下水疏干措施，使地下水对边坡影响降到最低。地下水疏干采用降水孔超前疏干和平盘集水沟、集水坑平行疏干的联合疏干方式。

4.2 采矿工艺

露天矿采、剥生产过程中由于剥离等因素产生的地面振动会对边坡岩体稳定产生影响。梅河露天煤矿采、剥过程中均不需要爆破作业，挖掘机在采剥过程中不会对地面产生震动，对边坡岩体稳定影响较小。

4.3 构造

矿田内发育有断层、褶曲，对永久边坡的稳定性产生不利影响。在开采过程中，遇到断层的边坡滑动破坏面（或潜在滑动破坏面）时应采取加固措施，保证边坡稳定性。

4.4 边坡监测措施

选用GNSS 远程自动地表位移监测系统。达产年时，非工作帮及南北帮各布置3 个GNSS 监测点，分别位于边坡顶部、中部及下部。由于外排土场边坡高度不大，两个外排土场在临近构筑物或采掘场的区域各布置2 个GNSS 监测点，分别位于边坡顶部及下部。对于露天煤矿边坡的监测，主要利用建立地表和深部相结合的综合立体监测网，尽可能采用边坡远程监测系统。

4.5 边坡加固措施

在开采过程中，遇到断层的边坡滑动破坏面（或潜在滑动破坏面）时，应采用锚索加固的方式，将滑动面与滑床锚固，保证边坡稳定性。

4.6 编制较完善的滑坡灾害应急抢救预案

为了做好灾害发生时的应急和抢救工作，必须编制较为完善的抢救预案。当灾害发生时，做到第一时间、最大限度的挽救。

4.6.1 视险情将人员物资及时撤离危险区

滑坡灾害在大规模滑动前，往往事先有前兆，当出现滑坡危险时，应及时将情况上报，组织险区内人员及时撤离险区。

4.6.2 及时制止致灾的动力破坏作用

为争取抢险、救灾时间，延缓滑坡发生大规模破坏，监测技术人员应立即分析资料，及时制止致灾动力破坏作用，如因采矿而诱发的滑坡，应立即停止采矿活动；如因开挖坡脚而诱发的滑坡，应立即停止采矿活动。

5 结论

本文从工程地质条件角度对边坡稳定性的影响进行了分析，利用岩土体强度参数，采用边坡计算软件slide 对边坡稳定性进行了计算分析，又从地下水、采矿工艺、断层构造等方面对边坡稳定性的影响进行了分析与论证，并浅析了相应的安全预防措施，对露天煤矿的安全生产起到了一定的参考和保障作用。为了保证边坡安全，还应编制较为完善的抢救预案，严格按照设计确定的帮坡角进行开采，设立专职边坡工作人员，做好监测和监控，力争在边坡滑动前及时准确地反馈信息，以便及时采取有效的防范措施。