石廣洋，吳云飛，黃月軍，孫 磊

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

滑坡是露天礦開采過程中發(fā)生頻率最高、產(chǎn)生危害最大的安全事故之一[1]。由于巖石類型、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、邊坡形態(tài)及工程活動(dòng)等因素的影響，盡管露天礦采取多種手段加強(qiáng)邊坡管理工作，還是不可避免的出現(xiàn)滑坡。目前，關(guān)于露天礦滑坡區(qū)治理的研究較多，但針對(duì)勝利露天礦區(qū)內(nèi)軟巖邊坡滑坡的治理的相關(guān)研究內(nèi)容較少，結(jié)合勝利露天煤礦滑坡區(qū)地質(zhì)水文條件，分析滑坡機(jī)理及原因，進(jìn)行方案比選，為勝利露天礦區(qū)軟巖邊坡滑坡的有效治理提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持，也為同類礦山邊坡滑坡區(qū)治理提供了治理思路及施工經(jīng)驗(yàn)。

1 南端幫滑坡區(qū)簡介

1.1 礦山概況

勝利露天煤礦位于內(nèi)蒙古錫林浩特市北郊5 km，核定產(chǎn)能為2 800 萬t/a，2020 年10 月1 日，勝利露天煤礦南端幫地表1000 平盤～960 平盤4 個(gè)臺(tái)階發(fā)生滑坡，地表1000 平盤滑坡范圍東西長的180 m，寬約30 m，地表垂直下降3 m?；聦?dǎo)致露天礦南端幫運(yùn)輸?shù)缆吩獾狡茐模鼘?duì)露天礦生產(chǎn)造成較大的安全隱患，滑坡區(qū)治理勢在必行。

1.2 南端幫滑坡區(qū)地質(zhì)情況

勝利露天礦區(qū)內(nèi)大部分巖石強(qiáng)度較低，抗壓強(qiáng)度大于6 MPa 的巖石比例為20.49%（占基巖層段的百分?jǐn)?shù)），大于10 MPa 的巖石比例為7.48%，單層最大厚度5.29 m；大于15 MPa 的巖石比例為2.36%，單層最大厚度為5.05 m。剝離物強(qiáng)度為一類偏復(fù)雜，即含少量中硬巖的軟巖類，而且中硬巖的厚度及在軟巖中的分布呈不規(guī)則狀態(tài)[2-3]。

通過查閱地質(zhì)資料，滑坡區(qū)周邊鉆孔有438、BK070、BK069、BK053、258。滑坡區(qū)北部存在F30正斷層，滑坡區(qū)基本上以F30斷層為北部邊界。F30斷層平均斷距10 m，滑坡區(qū)位于斷層南側(cè)，即上盤。F30斷層北側(cè)，即下盤，5#煤頂板平均標(biāo)高945 m；F30斷層南側(cè)，即下盤，5#煤頂板標(biāo)高由北向南逐漸抬升，標(biāo)高為936～950 m，南端幫邊坡為順傾邊坡，945 m 標(biāo)高至地表巖性以泥巖為主，夾雜粗粒砂巖、砂質(zhì)泥巖和砂土；邊坡裂縫區(qū)東部緊鄰5#煤無煤區(qū)，5#煤無煤區(qū)邊坡較為穩(wěn)定，5#煤無煤區(qū)與邊坡裂縫區(qū)域交界處為破碎帶。

1.3 南端幫滑坡區(qū)水文地質(zhì)情況

勝利一號(hào)露天礦屬錫林浩特盆地水文地質(zhì)單元的一部分[4]。本區(qū)對(duì)露天開采有影響的含水層有：第四系孔隙潛水含水層、煤系頂?shù)[巖段裂隙、孔隙承壓含水巖組、5#煤層裂隙承壓含水巖組、6#煤層裂隙承壓含水巖組。4 個(gè)含水層之間基本發(fā)育有較穩(wěn)定的隔水層，巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉細(xì)砂巖為主[5]。

錫林河為本區(qū)的最低侵蝕基準(zhǔn)面，錫林河谷沖、湖積平原以地下水徑流、蒸發(fā)排泄為主，露天采掘場排水、第四系及5#煤層疏干排水為另一排泄方式。

露天區(qū)內(nèi)先期開采地段發(fā)育有3 條斷層（F1、F25、F29）全部為正斷層，NE 走向，傾角均大于50°，以壓扭性為主。斷層帶以泥巖及泥質(zhì)膠結(jié)的塑性巖石為主，裂隙稀少，破碎帶不發(fā)育，可視為阻水?dāng)鄬印?/p>

1.4 南端幫滑坡原因

1）滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，東部為無煤區(qū)、西部毗鄰背斜軸、前緣存在F30斷層，造成邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散、破碎，巖體強(qiáng)度較低。

2）滑坡區(qū)5#煤頂板存在連續(xù)、完整的炭質(zhì)泥巖弱層（蒙脫石、高嶺土、伊利石含量高），順傾、傾角變大，構(gòu)成本次滑坡底滑面。弱層強(qiáng)度低，親水性強(qiáng)，遇水軟化特性明顯。

3）錫林浩特市年均降雨量為296 mm，2020 年截至目前降雨量達(dá)400 mm，降水滲入邊坡巖體和弱層，使其含水率增高，誘發(fā)滑坡。

4）動(dòng)載荷的影響。爆破震動(dòng)的動(dòng)載荷作用可以使巖體的剪應(yīng)力和拉應(yīng)力增加，直接導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低，其次，邊坡上設(shè)有通往內(nèi)排土場的運(yùn)輸?shù)缆?，汽車震?dòng)降低了邊坡的穩(wěn)定性[6-7]。

5）在已有資料基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)南端幫進(jìn)行滑坡后穩(wěn)定性反算，南端幫滑坡區(qū)域穩(wěn)定性系數(shù)為0.99，安全穩(wěn)定性系數(shù)較低，已處于失穩(wěn)狀態(tài)。

2 南端幫滑坡區(qū)治理方案

2.1 南端幫滑坡區(qū)治理總體規(guī)劃

利用三維激光掃描儀對(duì)南端幫邊坡滑坡區(qū)幾何形態(tài)進(jìn)行了測量，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料和滑坡機(jī)理，充分考慮現(xiàn)場實(shí)際工況條件，制定了削幫壓腳和壓腳2種治理方案。

1）方案1 削幫壓腳。首先對(duì)南端幫35KV 環(huán)坑線路14#、15#及16#線桿進(jìn)行移設(shè)，再對(duì)滑坡區(qū)940 m 以上臺(tái)階進(jìn)行清理滑體并擴(kuò)幫，減輕滑體后緣載荷，并將位于5#煤頂板上部弱層全部清理，削幫工程量約為183.41 萬m3，同時(shí)，采取前緣回填壓腳增加前緣滑體的體積來增大滑坡抗滑力[8]，從5#煤頂板逐步恢復(fù)945 平盤，并對(duì)945 平盤～925 平盤進(jìn)行壓腳，壓腳寬度為10 m，壓腳高度為20 m，工程量約為53.39 萬m3，最后，對(duì)南端幫945 平盤至地表臺(tái)階進(jìn)行回填恢復(fù)，工程量約為171.36 萬m，還需因地制宜施工做好南端幫滑坡治理區(qū)域的疏干排水工作。南端幫邊坡滑坡治理擴(kuò)幫工程設(shè)計(jì)圖如圖1，南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程及臺(tái)階恢復(fù)設(shè)計(jì)圖如圖2，南端幫邊坡滑坡治理施工設(shè)計(jì)剖面圖如圖3。

圖1 南端幫邊坡滑坡治理擴(kuò)幫工程設(shè)計(jì)圖

圖2 南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程及臺(tái)階恢復(fù)設(shè)計(jì)圖

圖3 南端幫邊坡滑坡治理施工設(shè)計(jì)剖面圖

2）方案2 壓腳。采取前緣回填壓腳增加前緣滑體的體積來增大滑坡抗滑力，從960 平盤至900 平盤自下而上進(jìn)行壓腳，壓腳臺(tái)階3 個(gè)，臺(tái)階高度為20 m，壓腳總高度為60 m，壓腳工程量為181 萬m3，最后，對(duì)960 平盤至地表滑坡體進(jìn)行整形。南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程設(shè)計(jì)圖如圖4，南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程剖面圖如圖5。

圖4 南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程設(shè)計(jì)圖

圖5 南端幫邊坡滑坡治理壓腳工程剖面圖

2.2 南端幫治理方案邊坡穩(wěn)定性和成本

1）邊坡穩(wěn)定性。通過對(duì)方案1 和方案2 治理后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，選取了S4 剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，方案1 治理后的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.25，方案2 治理后的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.3，安全系數(shù)均滿足《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)生產(chǎn)邊坡穩(wěn)定性的要求，邊坡整體穩(wěn)定性能夠得到保證，方案1 與方案2 滑坡區(qū)治理方案在技術(shù)上均可行。

2）南端幫治理方案1 與方案2 成本對(duì)比。通過工程量、經(jīng)濟(jì)參數(shù)等進(jìn)行方案比選，削幫壓腳方案的經(jīng)濟(jì)成本為3 169 萬元，壓腳方案的經(jīng)濟(jì)成本為5 876.23 萬元，二者差值2 707.23 萬元，最終確定勝利露天煤礦南端幫滑坡區(qū)治理采用方案1。方案1與方案2 經(jīng)濟(jì)比選計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 方案1 與方案2 經(jīng)濟(jì)比選

3 南端幫滑坡區(qū)治理具體施工程序

1）在施工過程中，全程采用邊坡雷達(dá)監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)，對(duì)工作面邊坡動(dòng)態(tài)監(jiān)測，為邊坡穩(wěn)態(tài)分析提供直接數(shù)據(jù)[9]。

2）對(duì)南端幫35 kV 環(huán)坑線路14#、15#及16#線桿進(jìn)行移設(shè)。

3）使用WK-35 電鏟配合220 t 級(jí)卡車對(duì)南端幫滑坡區(qū)940 m 水平以上邊坡自上而下進(jìn)行擴(kuò)幫削坡，將5#煤頂板上部弱層全部清理，確保975 平盤運(yùn)輸?shù)缆肪邆渫ㄜ嚄l件。南端幫滑坡區(qū)擴(kuò)幫削坡工程量表見表2。

表2 南端幫滑坡區(qū)擴(kuò)幫削坡工程量表

4）對(duì)960 平盤進(jìn)行擴(kuò)幫削幫時(shí)，必須將5#煤頂板上部弱層清理，因南端幫滑坡區(qū)基底傾角為順傾邊坡，基底坡度大于6%，需將基底“拉毛”以增加其摩擦系數(shù)，必要時(shí)應(yīng)將基底做成階梯狀，隨后使用220 t 級(jí)卡車配合D10T 及時(shí)進(jìn)行回填壓腳，從5#煤頂板逐步恢復(fù)945 平盤，并沿945 平盤向925 平盤進(jìn)行回填作業(yè)，形成對(duì)上部滑體的壓腳，回填壓腳填料應(yīng)碾壓，945 平盤恢復(fù)壓腳高度約為5 m，945平盤至925 平盤壓腳寬度為10 m，壓腳高度為20 m。南端幫滑坡區(qū)壓腳工程量為：945 平盤～940 平盤33.2萬m3，945 平盤～925 平盤20.19 萬m3，合計(jì)53.39 萬m3。

5）使用D10T 配合220 t 級(jí)卡車對(duì)南端幫滑坡區(qū)990 平盤～945 平盤自下而上進(jìn)行回填恢復(fù)作業(yè)，逐步恢復(fù)南端幫臺(tái)階，隨即南端幫960 平盤及945 平盤道路將恢復(fù)通車運(yùn)行，施工完畢的平盤確保有1%～3%的反坡，同時(shí)做好疏干排水工作。南端幫臺(tái)階恢復(fù)工程量為：地表～990 平盤24.45 萬m3，990 平盤～975 平盤51.33 萬m3，975 平盤～960 平盤48.42萬m3，960 平盤～945 平盤47.16 萬m3，合計(jì)171.36萬m3。

6）滑坡區(qū)外圍地表充填裂縫并施工反坡，防止地面徑流和積水進(jìn)入裂縫和滑坡區(qū)。

4 結(jié)語

1）通過分析南端幫滑坡區(qū)域地質(zhì)資料和水文情況，對(duì)南端幫滑坡機(jī)理及原因進(jìn)行了分析，為南端幫滑坡區(qū)治理方案的確定提供了依據(jù)。

2）針對(duì)南端幫滑坡區(qū)治理，提出了2 種方案，即削幫壓腳方案和壓腳方案，通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，2 種方案在技術(shù)上均可行，但是削幫壓腳方案的經(jīng)濟(jì)成本為3 169 萬元，而壓腳方案的經(jīng)濟(jì)成本為5 876.23 萬元，固最終確定選取削幫壓腳方案。

3）針對(duì)削幫壓腳方案，提出了具體的施工程序，對(duì)施工順序、基底處理等提出了相關(guān)要求，可為同類礦山提供邊坡滑坡治理的治理思路及施工經(jīng)驗(yàn)。