胜利东二号露天矿南帮软岩边坡参数优化及稳定性分析

李英俊

（内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000）

内蒙古自治区锡林郭勒盟的露天煤矿岩性大多为软岩，这类软岩边坡的稳定性受顺倾、弱层、地下水、断层、工程扰动及时间、空间等多因素影响，变形破坏机理与稳定性研究等问题极其复杂，极易发生边坡变形并发展成大规模滑坡，这类边坡滑坡规模大且防控困难，一旦滑坡将给矿山造成严重损失，因此，软岩边坡稳定性及滑坡防控是制约区域露天煤矿安全高效生产的重点课题。

1 工程概况

胜利东二号露天煤矿位于胜利煤田中东部，矿权境界东西长7.3～8.0 km，南北宽6.1～6.3 km，面积49.63 km2，露天开采煤层为4#、5#、6#号煤，可采资源储量38.22 亿t。首采区南帮边坡为高大软岩顺倾边坡，岩层倾角为6°～10°，采场南帮赋存有顺倾泥岩弱层及弱含水层，且F68、F8、F613 条走向大断层贯穿首采区，复杂的工程地质及水文地质条件，均不利于南帮边坡安全稳定，南帮边坡稳定性及滑坡防治工作是该矿重要安全技术难题。

1.1 边坡工程地质

胜利东二号露天矿边坡工程地质[1]复杂，煤田主体构造形态为一走向NE-SW，两翼不对称的宽缓向斜。区内地层自上而下有第四系松散岩类以浅黄、土黄色细砂、粉砂、亚砂土、亚黏土为主，局部有砂砾石透镜体，岩相变化大，赋存厚度不大，结构松散，易坍塌；第三系上新统以棕红色、棕黄色、杂色的粘土（岩）类为主，局部含浅黄、灰白色泥质胶结的砂岩（砂砾岩），多呈半胶结、半风化状态，泥质含量较高，结构比较松散，岩石抗稳定性差；白垩系巴彦花群胜利组，主要岩性为煤层、灰、深灰绿色砂砾岩、泥岩、细砂岩、粗砂岩夹砾岩，含4＃～8＃主要可采煤组，煤层内、煤层间均赋存多层遇水易泥化的泥岩层。

首采区内已查明的F8、F61、F68正断层，断距大，落差0～210 m，区内延展长度在1.5～4.1 km，3 条断层走向切割破坏岩层及煤层的完整性，已接露的断层破碎带强度低、厚度达20 m 且内部含水，曾出现过沿断层面短时间大位移错动沉降。

区内由上至下赋存第四系松散含水层、第三系孔隙承压含水层、煤系地层顶部砂砾岩裂隙承压含水层及煤系地层裂隙承压含水层，上述含水层难于疏干，且揭露后水渗流弱化岩土体强度。

1.2 采场和采场边坡滑坡及防治情况

目前，采场面积7.5 km2，东西长3.2 km，南北长2.3 km，采场最低标高为804 水平，最大采深已达到280 m。首采区推进方向为西推，南帮东部内排土场已发展至978 水平；南帮西部948 平盘以上为局部到界边坡，整体边坡角度14°。

随着采剥工程的发展，采场南帮不断揭露F68、F8、F61断层以及南帮边坡内赋存的泥岩弱层，2011年初首采区采场南帮地表开始出现沉降变形裂缝，边坡台阶坡面不断出现沿多组弱层剪出位移现象，随后地表裂缝及边坡内部弱层剪出位移不断增大，2011 年底，南帮边坡形成了2 条圆弧形贯通性裂缝带。2012 年7 月底，暴雨诱发了沿采场南帮圆弧形裂缝带的大规模滑坡，滑坡体后缘变形体不断沉降变形，并于2013 年9 月发生了以采场－排土场圆弧形裂缝带为后缘的采场、排土场复合边坡特大型滑坡，严重制约了胜利东二号露天煤矿煤炭生产接续及安全生产。

借鉴以往边坡稳定性研究成果，胜利东二号露天煤矿在落实各项安全技术措施的基础上，2013 年12月—2017 年4 月实施了以“横采内排压脚”为主的滑坡治理工程，期间共完成清理滑体工程量约3 000万m3，回采滑体压覆煤炭约1 400 万t，实现内排压脚工程量约4 400 万m3，有效控制了南帮滑坡体位移，取得了预期的滑坡治理成果。

2 采场南帮边坡参数优化及边坡稳定性分析

2.1 南帮边坡参数优化

首采区西推过程中，开采深度的逐渐加大、边坡暴露的长度及时间增长，为有效避免南帮边坡再次发生大规模滑坡，保证南帮采煤半连续系统的安全稳定运行，确保安全生产，需进一步在设计上优化南帮边坡参数。

1）边坡角度。依据以往边坡稳定性研究成果[2-3]，采场南帮在现有南帮滑坡基础上向西推进的情况下，为保证西推过程中南帮边坡稳定，南帮边坡帮坡角需由14°逐步向最终帮坡角18°转变。

2）边坡形态。鉴于南帮边坡岩土体大部分为软岩，而煤层强度相对较强，为此，计划采取开采初期以折线边坡形式实行南帮缓帮开采，F8断层上盘6#煤层顶板852 平盘以上按18°最终帮坡角、平盘宽度20 m 和40 m 组合台阶形成局部最终到界边坡，852 平盘留设一定宽度的保安煤柱以增强南帮整体边坡安全稳定性，852 平盘以下按平盘宽度40 m 形成局部临时到界边坡，后期通过横采内排方式，按整体最终帮坡角18°快速实现煤柱回采、快速内排实现压脚。

由于南帮852 平盘需设置煤炭破碎站，为此，852 平盘宽度需综合考虑南帮煤炭破碎站规格尺寸、大型卡车调头及多台卡车同时卸载对空间的需求，经核算852 平盘宽度即留设煤柱宽度至少需150 m，为尽量提高南帮初期煤炭产量，以150 m 作为852 平盘留设煤柱的宽度。

2.2 南帮边坡稳定性

依据以往工程地质勘查、写实资料及钻孔资料，建立首采区西推南帮边坡典型剖面A、典型剖面B、典型剖面C 的边坡稳定性计算模型，采用GEOSLPOE／W 岩土边坡稳定性分析软件分别对各典型剖面进行留设煤柱前后的边坡稳定性进行计算。典型剖面A 边坡稳定性计算如图1，典型剖面B 图2 剖面剖面A 边坡稳定如图2，性计算，典型剖面C 边坡稳定性计算如图3。经整理边坡稳定性计算结果见表1。

图1 剖面A 边坡稳定性计算

图2 剖面B 边坡稳定性计算

图3 剖面C 边坡稳定性计算

由表1 可知，在初期南帮边坡留设150 m 煤柱的情况下，3 个典型剖面边坡稳定性系数分别为1.244、1.228、1.256，稳定性系数均大于边坡安全系数[6]Fs=1.20，边坡能够保持稳定；在回采南帮煤柱到界情况下，3 个典型剖面稳定性系数分别为1.065、1.109、1.066，稳定性系数均大于临时边坡安全系数Fs=1.05，边坡保持基本稳定。

表1 边坡典型剖面稳定性计算结果汇总表

3 滑坡防控措施

结合边坡稳定性分析结果及以往滑坡治理经验，为增强南帮边坡施工过程中的作业安全，采取如下边坡滑坡防控措施[9－11]。

1）开展边坡工程地质勘探，加强边坡地质写实。开展边坡工程地质勘探工作，查明边坡工程范围内断层、褶曲、弱层、地下含水层等赋存及变化情况；加强日常边坡工程地质、水文地质写实工作，及时更新采剥工程过程中揭露的断层、弱层等情况，为定期开展边坡稳定性分析评价及合理调整采矿工程提供及时准确的地质依据。

2）加强边坡疏干排水。合理优化边坡疏干排水系统，开展弱含水层疏干试验，及时填埋边坡变形裂缝，有效疏导边坡地下涌水及大气降雨，最大限度减少地下水及大气降水对边坡稳定性影响。

3）加强边坡变形监测及巡视。采用先进的边坡监测设备及技术，建立健全全方位、全天候的边坡监测与预警系统，实现边坡监测数据的连续性及准确性，为矿山的安全生产提供数据支持及决策依据。加强边坡日常巡视工作，及时发现现场边坡变形迹象，及时采取填埋、加固等措施处理边坡裂缝、片帮等变形，有效遏制边坡变形持续发展。

4）采取横采内排工程措施。结合边坡稳定性分析结果及以往边坡滑坡治理经验，南帮边坡采取初期留150 m 煤柱缓帮开采、后期横采内排快速回采煤柱的工程措施，能够有效降低最终到界边坡暴露长度及时间，增强南帮开采过程中施工安全性。

4 结语

通过采场西推过程中南帮边坡各典型剖面的边坡稳定性分析可知，852 平盘留设150 m 煤柱，南帮边坡能够保持稳定；回采煤柱后，南帮最终到界边坡可保持基本稳定；然后通过快速内排实现边坡压脚，才能实现采场南帮整体边坡安全稳定。同时，在采场南帮西推过程中，为避免南帮边坡局部边坡变形引发滑坡，需开展边坡工程地质勘查和地质写实、持续加强南帮边坡疏干排水、加强边坡变形实时动态监测及日常巡视等边坡滑坡防控安全技术措施。