安家岭露天矿东北帮地质构造复杂区域边坡治理研究

屈 亮

（中煤平朔集团有限公司 安家岭露天矿，山西 朔州 036000）

露天矿在开采过程中，边坡稳定与否直接制约着矿山的安全生产，是影响矿山经济效益的最关键因素之一[1,2]。一般从矿山投产到开采结束，滑坡的影响贯穿始终。随着矿山开采深度的逐渐增加，露天矿边坡的高度、面积维护时间都会相应大幅增加，同时边坡灾害日益突出[3-5]。针对露天矿边坡稳定问题，国内外学者进行了广泛的探讨。曹兰柱等[6]针对含有断层、软弱夹层的露天矿边帮压煤问题，运用极限平衡法及数值模拟方法，研究确定了不同煤柱留设长度边坡稳定性变化规律及横采内排开采程序下跟踪距离及工作帮坡角对南帮边坡稳定性的影响；田涯等[7]采用离散元方法对巨厚煤层露天煤矿靠帮开采后端帮边坡潜在失稳区域进行了研究，证明该类滑坡过程最先为坡面颗粒间黏结受侧向变形影响发生少量破坏，黏结破坏后颗粒向下滚落并堆积在边坡坡脚，滑体后缘出现张拉裂缝，在逆倾构造影响下阻碍滑坡进一步发展；胥孝川等[8]在充分考虑影响露天矿边坡稳定性的工程地质、几何条件、水文气象及外加荷载等诸多要素情况下，采用二级层次分析的模糊数学评价模型对露天矿边坡稳定性进行评价，取得了良好的评价效果；刘子春等[9]针对扎尼河露天矿存在的软岩顺倾边坡治理困难的现状，提出了基于条带式控制开采技术的边坡治理方案，通过治理方案的实施，扎尼河露天矿边坡变形速率下降、稳定系数提高明显；马明[10]基于现场地质勘查的结论和岩土体物理力学试验，分析了宝日希勒露天矿南帮边坡变形破坏的机理和边坡破坏模式，提出了坡底压脚的方案进行边坡治理，避免了南帮边坡变形加剧而最终引发滑坡灾害。基于此，针对安家岭露天矿不同区域变形现状，考虑变形区规模、特征和地质条件，提出了可行边坡治理方案，并对不同治理方案优缺点及现场适用性对比分析，最终确定边坡治理方案。

1 矿山概况

安家岭露天矿北帮、东帮区域边坡受连续降雨影响出现不同程度的滑坡变形破坏现象，其中北帮边坡受持续降雨影响变形区域宽度约650 m，标高在＋1 290～＋1 215 m 水平；东帮边坡变形区域宽度约510 m，标高在＋1 230～＋1190 m 水平。通过现场踏勘可知：北帮边坡上部局部区域出现不同程度的楔形体破坏、＋1 215 m 水平上部处于持续蠕动变形阶段，不同水平边坡坡面泥岩顶板区出现渗水现象；东帮边坡在底部＋1 190 m 边坡面上有明显错动迹象，上部＋1 230 m 水平形成明显滑坡体后缘。

边坡滑坡破坏的主要原因有：①边坡节理裂隙非常发育，同时赋存断层等不良地质构造，构成边坡岩体完整性及其强度受到破坏，开挖后边坡长期处于临空状态，边坡稳定性大幅度降低；②矿区东侧有马关河、北帮上部有集水坑，断层等不良地质构造给予地下水导水通道，构成边坡体泥岩在地下水长期浸润作用下，形成“演化弱层”，力学强度指标急剧降低，致使该区域边坡安全储备不够，造成边坡变形。

2 现状边坡稳定性分析与评价

依据安家岭露天矿研究区范围，结合以往地质资料、矿区现状平面图、工程地质调查成果、补充工程地质勘查成果及矿山设计等资料，于北帮（BB）、东帮（DB）分别选取3 个边坡稳定分析典型剖面，建立工程地质简化模型，构建边坡稳定计算模型，进行变形区边坡稳定性计算，边坡稳定性计算结果见表1。

表1 边坡稳定性计算结果表

根据边坡稳定性计算结果可知，安家岭露天矿北帮边坡均处于极限平衡情况，稳定性达到工作帮安全储备临界值要求；东帮DB－1 剖面区域边坡稳定性满足安全储备要求，其余剖面边坡稳定性均不满足安全储备要求，需对现有边坡进行治理调整。

3 边坡治理方案

依据现场实际工程条件结合本次工程地质补充勘查成果、采矿设计、道路工程布置等，根据稳定性系数要求，提出边坡参数调整方案，边坡参数调整方案如下：①方案1：削坡减载（稳定系数不小于1.10）；②方案2：削坡减载＋下部压脚（留煤柱、稳定系数不小于1.10）、③方案3：北帮不治理，东帮削坡稳定系数不小于1.05，④方案4：北帮不治理，东帮压脚稳定系数不小于1.05。

3.1 方案1

北帮边坡削坡减载治理措施：＋1 253 m 水平平盘宽度37～61 m，黄土台阶边坡角不大于50°，基岩台阶边坡角不大于70°。

东帮边坡减载治理措施：＋1 247 m 水平平盘宽度25 m，＋1 233 m 水平平盘宽度50 m，＋1 219 m 水平平盘宽度6 m，＋1 198 m 水平平盘宽度60 m，＋1 184 m 水平平盘宽度6 m，＋1 168 m 水平平盘宽度50 m，＋1 150 m 水平平盘宽度10 m，黄土台阶边坡角不大于50°。

方案1 边坡稳定性系数验算结果见表2。

表2 方案1 边坡稳定性系数验算结果表

3.2 方案2

方案2 为削坡减载＋下部压脚（稳定性系数≥1.10）治理方案。

北帮治理措施：对上部已经靠界区域＋1 253 m水平平盘进行削坡减载处理，平盘宽度为30～60 m，台阶坡面角不大于50°，削坡工程量约为20 万m3，对采场下部未靠界区域水平进行压脚处理，＋1 060 m 水平平盘宽度为10 m，＋1 045 m 水平平盘宽度为10～20 m，＋1 075 m 水平平盘宽度10 m，＋1 090 m水平平盘宽度为5～45 m，台阶坡面角不大于70°，煤柱量约为13 万t。

东帮治理措施：对上部已靠界区域＋1 247 m、＋1 233 m 水平进行削坡减载处理，＋1 247 m 平盘宽度25 m，＋1 233 m 水平平盘宽度65～75 m，黄土台阶边坡角不大于50°，台阶坡面角不大于70°，削坡减载预估工程量为50 万m3。对采场下部未靠界区域进行压脚处理，＋1 030 m 水平平盘宽度25 m，＋1 045 m 水平平盘宽度25 m，＋1 060 m 水平平盘宽度30 m，台阶坡面角不大于70°，压脚煤柱量约为23.1 万t。

方案2 边坡稳定性成果汇总表见表3。

表3 方案2 边坡稳定性成果汇总表

3.3 方案3

按照工作帮边坡治理方案边坡稳定性系数不小于1.05 进行削坡减载方案设计。

由于北帮原始边坡整体稳定性系数大于1.05，故北帮不作处理。

东帮按照边坡稳定性系数不小于1.05 进行减载，对上部靠界区＋1 247 m、＋1 233 m、＋1 219 m、＋1 198 m、＋1 184 m、＋1 168 m 水平进行减载，减载后＋1 247 m 水平平盘宽25 m，＋1 233 m 水平平盘宽54 m，＋1 219 m 水平平盘宽5 m，＋1 198 m 水平平盘宽55 m，＋1 184 m 水平平盘宽7.5 m，＋1 168 m 水平平盘宽51 m，黄土台阶边坡角不大于50°，基岩台阶边坡角不大于70°。

方案3 案稳定性成果汇总表见表4。

表4 方案3 案稳定性成果汇总表

3.4 方案4

按照工作帮边坡治理方案边坡稳定性系数不小于1.05 进行下部压脚方案设计。

由于北帮原始边坡稳定性系数大于1.05，故北帮不作处理。

东帮对采场下部未靠界区域进行压脚处理，压脚水平为＋1 030 m 水平、＋1 045 m 水平、＋1 060 m水平，压脚后＋1 030 m 水平平盘宽度25 m，＋1 045 m水平平盘宽度25 m，＋1 060 m 水平平盘宽度30 m，台阶坡面角不大于70°，压脚煤柱量约为23.1 万t。

方案4 稳定性成果汇总表见表5。

表5 方案4 稳定性成果汇总表

4 治理方案优选

1）边坡稳定性。通过对研究区到界边坡治理方案成果统计、分析，可知方案1、方案2 对东帮、北帮都进行了治理，治理后边坡稳定系数均大于1.1，方案1 相对于方案2 治理后稳定性更好，方案3、方案4 仅对东帮治理，端帮稳定性相对较低。

2）方案工程量。为提高边坡稳定性，采用的各方案都对边坡进行了处理，产生一定的工程量，对于压脚方案，会损失一定的原煤资源，根据各方案工程量及原煤损失量可知，方案1 施工工程量较大，方案2工程量适中但原煤损失量较大，方案3 与方案4 介于方案1 和方案2 之间。边坡治理工程量及损煤情况表见表6。

表6 边坡治理工程量及损煤情况表

3）经济指标分析。根据各方案工程量和原煤损失情况，结合安家岭近期生产成本及原煤售价情况，可确定各方案经济费用，从而更好地比较其对矿山效益的影响，由各方案工程费用及煤炭损失效益可知，方案3 在经济方面最合适，方案2 工程费用及煤炭损失效益最大，其他2 个方案次之。边坡治理经济指标情况表见表7。

通过对各方案边破稳定性、工程量、经济效益分析可知：方案1 边坡稳定性最好，方案4 工程量最小，方案3 最经济。考虑到安家岭矿生产规划，东北帮区域为北部超前生产区域，目前东北帮靠界区域仅剩余下部煤层未靠界，可在1～2 月开采完毕并实现内排，矿山具备快采、快排条件，根据时效边坡理论，在实现内排之前边坡趋于稳定，且矿山可通过“临滑预警预报”技术，即时监测边破状态，提高安全性，故可选择方案3 进行边坡治理，实现经济效益最大化。

5 结语

1）通过对安家岭露天矿东北帮边破稳定性计算分析，得出北帮稳定性系数为1.075 左右，东帮稳定性系数为1.03～1.25。

2）通过对东、北帮区域地质因素、边坡稳定性等因素进行分析，提出了削坡减载稳定系数≥1.10、削坡减载＋压脚稳定系数≥1.10、削坡减载稳定系数≥1.05、压脚稳定系数≥1.05 种边坡治理方案。

3）通过对各方案经济技术指标对比分析，结合安家岭矿生产现状，实现对东北帮边坡变形破坏区治理方案优选，确定削坡减载稳定系数≥1.05，对东帮进行削坡减载处理，使得边坡稳定系数大于1.05，满足现场生产需要的同时工程费用相对较低，工程费用1 227 万元。