大煤沟露天煤矿东段帮边坡稳定性分析及预防措施

苗高飞

（青海义海能源大煤沟煤矿，青海 德令哈 817000）

受开采地层性质、周边气候环境及开采条件等多种因素影响，露天矿山的采场和排土场形成的边坡极易发生边坡失稳而造成坡体滑坡、坍塌事故，严重时会造成巨大经济损失甚至人员伤害[1-2]，以大煤沟露天煤矿为例，对其东端边坡稳定性进行分析，根据分析结果并结合大煤沟煤矿开采实际情况，提出预防边坡滑坡措施及建议。

1 工程概况

大煤沟露天煤矿设计生产能力30万t/a，开采 深 度+3500～+2900 m，面 积 约3.750 7 km2。现露天采场已开采至+3465 m，到界帮坡角为24°～30°，未到界帮坡角为15°～23°，最大边坡高度约230 m。采场边帮大致可分为西帮及东帮，其中东帮走向长约1500 m，自南至北台阶数依次增多，最大边坡高度约230 m，3525 m以上为到界台阶，3525 m以下为工作台阶。边坡上陡下缓，到界帮坡角25°～30°，未到界帮坡角20°～26°；西部边帮走向长约1500 m，最大边坡高度约130 m，帮坡角15°～23°。矿区基本地震动峰值加速度为0.20 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。由于受矿山开采强度增加及雨季期间强降雨等因素影响，采场东段帮边坡出现位移显现现象，给矿山开采带来一定的安全隐患，需对边坡稳定性进行分析并制定相应的治理措施，确保矿山安全开采。

2 边坡稳定性分析

根据大煤沟矿山地质勘探相关资料获得东段边坡岩层相关物理力学参数见表1。利用slide软件[3]构建3个典型地质剖面模型如图1。采用瑞典法、简化的Bishop 法与Janbu法[4-5]分别对边坡a—a'、b—b'和c—c'地质剖面进行边坡稳定性分析计算，其中，a—a'剖面稳定性计算结果如图2。3个典型剖面边坡稳定性系数见表2。

表2 各剖面边坡稳定性计算系数

图2 a—a'剖面边坡稳定性计算结果

表1 大煤沟矿山岩层岩石物理力学参数

图1 典型地质剖面slide模型

根据有关规定，一般情况下将边坡稳定性等级划分为四种类型[6]，具体划分情况见表3。根据上述图表分析可知，为确保边坡稳定性安全可靠，选取边坡稳定性计算结果中最小安全系数作为各剖面计算的安全系数，则a—a'剖面安全系数为1.04，对照表3划分结果属于欠稳定状态；b—b'剖面安全系数为1.158，则属于基本稳定状态，c—c'剖面安全系数为1.212，也属于基本稳定状态。根据上述分析可知，大煤沟矿山东段帮边坡a—a'剖面安全系数基本已达到边坡稳定性安全系数临界值1，而其作为矿山开采的非工作帮，属于永久性边坡。根据《煤炭工业露天矿设计规范》[7]相关规定要求，露天矿山非工作帮边坡其服务年限不小于20 a，要求安全稳定性系数大于1.3。从上述计算结果中可知，东段帮边坡安全系数已处在临界状态，存在较大安全风险，当遭遇雨季强降雨或其他开采条件变化等影响因素时，极有可能造成边坡滑坡事故，因此需制定相应措施以防止发生安全事故。

表3 边坡稳定性等级划分

3 预防边坡滑坡措施

（1）削帮压脚加固。将滑坡区的滑体进行清理并扩宽台阶宽度，减小滑体的后缘载荷。原边坡坡面角为33°，将台阶滑体清理后按照坡面角28°、边坡角60°、平盘台阶高度15 m进行修整，最小平盘宽度可以达到15 m以上，剥离方量约为48万m3。将剥离出来的岩体回填到边坡坡脚增加前缘滑体的体积以减小位移滑力。同时采取护坡加固措施对局部失稳的坡体进行加固，防止坡体滑坡。当出现坡体局部失稳时可以选取坚硬的岩石作为锚固点使用锚杆对坡体进行加固。

（2）修葺完善矿山疏干排水系统。该矿山岩层中砂岩及泥岩吸水后软化程度较高，其物理力学性质受水的影响较大，雨季到来前，应清理好侧沟，雨季期间，应经常进行检查，发现流水不畅或破坏，应及时清理或修补，确保排水通畅。及时在山体汇水处或渗水平盘做拦水坝或平盘储水池，并及时抽排，防止山体汇水流入采坑。

（3）及时处理边坡裂缝。由于边坡在出现破坏前通常会在坡体顶部产生拉伸裂缝，出现裂缝往往是边坡首先发生坡面破坏的特征[8-9]，因此，通常采用强力锚杆及预注浆措施对坡体进行加固，预防坡体产生裂缝。

（4）加强动态监测治理。由于露天矿山边坡具有复杂性、动态性和时效性等特点[10]，因此在边坡治理时应坚持动态治理、长期治理原则。大煤沟露天煤矿在采场及排土场安装有边坡位移监测系统，当发现边坡出现异常状况时，在异常地点附近沿倾向方向布置4条监测线用以监测确定该处边坡滑坡范围。

4 结语

（1）结合大煤沟露天煤矿岩层地质特征和物理力学参数，通过利用slide软件对其东段帮边坡3个典型地质剖面进行建模计算分析边坡稳定性。通过计算结果分析可知，东段帮边坡安全系数为1.04，已处于安全系数临界值，属于欠稳定状态，存在较大安全风险，当遭遇雨季强降雨或其他开采条件变化等影响因素时，极有可能造成边坡滑坡事故。

（2）根据东段帮边坡实际情况，提出削帮压脚、高强度锚杆加固、完善疏干排水系统、及时处理拉伸裂缝、加强监测巡查和边坡维护等预防措施，确保矿山开采期间的安全。

（3）在对露天矿山边坡稳定性治理过程中，应坚持动态治理和长期治理的原则，加强边坡坡体地表岩层上下位移监测，研究分析边坡变形破坏规律，以便于制定合理有效治理措施控制或减缓边坡破坏变形，防止边坡地质灾害事故发生。