寶日希勒露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

寶日希勒露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

1邊坡變形及支護(hù)露天礦邊坡的穩(wěn)定性不僅是一個(gè)安全問(wèn)題，也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。安全和經(jīng)濟(jì)的邊緣被稱(chēng)為最佳邊緣。因此,首先應(yīng)分析影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的各種因素,包括邊坡巖體中的各種結(jié)構(gòu)面,如斷層層面、節(jié)理等的產(chǎn)狀,位置、數(shù)量或分布密度、相互關(guān)系;巖性;荷載和地下水等。寶日希勒露天礦西端幫自2008年10月1日邊坡出現(xiàn)裂縫,裂縫距坡頂60m,南北長(zhǎng)350m,坑下煤層底板泥巖發(fā)生底鼓現(xiàn)象,距煤層頂板14m弱層出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)。至10月16日,地面裂縫下沉20cm,裂縫水平寬度超過(guò)10cm,裂縫基本貫通,形成滑落體,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)分析邊坡變形的原因,進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),提出在變形區(qū)中部?jī)?nèi)排壓腳防滑措施。實(shí)施內(nèi)排壓腳后,變形區(qū)北緣下沉速度減緩,南緣變形加快,10月28日9:30變形區(qū)南緣發(fā)生滑坡,地表最大下沉14m左右,裂縫寬5m,煤層水平錯(cuò)動(dòng)20m,滑體體積約350萬(wàn)m3,滑坡區(qū)壓煤約80萬(wàn)t,產(chǎn)值近1億元。所以研究如何安全回采這部分壓煤就具有重要的社會(huì)效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。內(nèi)排邊坡壓腳見(jiàn)圖1。2礫石等組成邊坡巖體的特征為上部第四系沉積物,主要由腐植土、砂質(zhì)粘土、礫石等組成;下部由泥巖、沙礫巖、炭質(zhì)泥巖及煤組成,各種巖性變化較大,且橫向交替發(fā)育,其抗剪切強(qiáng)度都較小,含水量較大,對(duì)邊坡穩(wěn)定影響較大。Ⅰ2煤底板由灰白色砂巖和粉砂泥巖組成。2.1汽車(chē)震動(dòng)降低了邊坡穩(wěn)定系數(shù)(1)原勘探資料滑坡區(qū)缺少鉆孔,判斷為逆傾邊坡,實(shí)際開(kāi)采煤層揭露后為順傾邊坡,傾角<2°,從滑坡南部裂縫看傾角>2°。穩(wěn)定系數(shù)在1.09~1.29之間。(2)由于坑下排水坑影響,內(nèi)排壓腳跟不上,順傾邊坡暴露時(shí)間長(zhǎng),內(nèi)排土場(chǎng)壓腳作用沒(méi)有充分體現(xiàn)出來(lái)。(3)煤層水軟化弱層、軟化底板泥巖,降低巖體強(qiáng)度。(4)邊坡上設(shè)有通往內(nèi)排土場(chǎng)的運(yùn)輸?shù)缆?汽車(chē)震動(dòng)降低了邊坡的穩(wěn)定性。(5)在上述因素的綜合作用下,發(fā)生了滑坡,滑坡模式為:第四系、侏羅系土巖沿圓弧滑面剪切滑移和煤層中弱層形成組合滑面。2.2中區(qū)煤層邊坡變形特征西端幫滑坡區(qū)長(zhǎng)度為467m,分析滑坡區(qū)各部位的破壞、變形程度,可將整個(gè)滑坡區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)。其中滑坡前在滑落區(qū)中部沿煤層底板的壓腳區(qū)為中區(qū),中區(qū)以北為北區(qū),中區(qū)以南為南區(qū)。發(fā)生滑坡后,滑體與滑床產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng),巖體應(yīng)力得到釋放,巖體強(qiáng)度顯著降低,凝聚力c=0,邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。北區(qū)煤層傾角小于南區(qū),破壞、變形程度相對(duì)較小,其穩(wěn)定程度高于南區(qū);中區(qū)由于滑坡前在滑落區(qū)中部沿煤層底板的壓腳作用,內(nèi)力沒(méi)有釋放完,所以穩(wěn)定性差。西幫滑坡范圍如圖2所示。3西林幫山坡的煤炭開(kāi)采方案3.1回采端煤質(zhì)量高西端幫滑坡區(qū)長(zhǎng)度為467m,壓煤74.9萬(wàn)t。其中北區(qū)壓煤長(zhǎng)度105m,壓煤量17.5萬(wàn)t;南區(qū)壓煤長(zhǎng)度150m,壓煤量27.4萬(wàn)t;中區(qū)壓煤長(zhǎng)度165m,壓煤量30.0萬(wàn)t?；夭稍摬糠置?產(chǎn)值可達(dá)9000萬(wàn)元左右,經(jīng)濟(jì)效益顯著;同時(shí)滑落的浮煤長(zhǎng)時(shí)間裸露易自燃發(fā)火,也必須盡早回采;另外西端幫滑坡區(qū)回采時(shí)穩(wěn)定與否將直接影響露天礦2009年度2000萬(wàn)m3土方剝離內(nèi)排的安全可靠運(yùn)輸,所以,西端幫回采勢(shì)在必行。如何安全可靠的回采西端幫滑坡區(qū)的壓煤,成為目前急需解決的技術(shù)問(wèn)題。主要包括:回采工藝、回采程序、內(nèi)排壓幫、壓腳方案和安全措施等。在對(duì)滑坡區(qū)穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合采場(chǎng)剝、采、排工程現(xiàn)狀,本著安全第一、先易后難的原則,提出相應(yīng)的西端幫滑坡區(qū)壓煤回采方案。3.2液壓反機(jī)制自2008年10月28日西端幫滑坡后,滑體暫時(shí)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),但回采滑體下的煤層,很可能誘發(fā)滑體局部錯(cuò)動(dòng)或局部小型滑坡,所以回采工藝必須選擇機(jī)動(dòng)靈活的液壓反鏟采裝和小型卡車(chē)運(yùn)輸,以利于在監(jiān)測(cè)到滑坡跡象或先兆時(shí),設(shè)備、人員能及時(shí)撤出,避免災(zāi)害事故發(fā)生。3.3硬煤回采回采方案分析滑坡區(qū)各部位的破壞、變形程度,滑體內(nèi)力基本全部釋放。南區(qū)破壞較嚴(yán)重,內(nèi)力釋放較充分,為較安全區(qū),但在回采過(guò)程中容易發(fā)生局部坍塌現(xiàn)象;北區(qū)滑體變形程度低,弱層傾角緩,穩(wěn)定性好。中區(qū)由于滑坡前在滑落區(qū)中部沿煤層底板的壓腳作用,內(nèi)力沒(méi)有釋放完,先回采時(shí)容易誘發(fā)整個(gè)滑體再次移動(dòng),故認(rèn)為該區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)對(duì)滑坡區(qū)的穩(wěn)定性分析,本著安全可靠,工程便于實(shí)施的原則,在總體上采用分區(qū)、分層回采、內(nèi)排跟蹤壓腳、全時(shí)監(jiān)測(cè)的回采方案。回采順序?yàn)?先采浮煤,后回采北區(qū),南區(qū)硬煤、最后回采中區(qū)。各部位煤層具體回采程序如下:(1)浮煤回采。鑒于南、北區(qū)穩(wěn)定性較好,滑落的浮煤對(duì)滑體的穩(wěn)定性影響不大,長(zhǎng)時(shí)間裸露易自燃發(fā)火,應(yīng)盡早回采。分別在南、北區(qū)兩側(cè)建立臨時(shí)運(yùn)輸坡道,將浮煤分成2個(gè)臺(tái)階,分別在南、北區(qū)布置2臺(tái)機(jī)動(dòng)靈活的液壓反鏟和小型卡車(chē)作業(yè),將15m寬的浮煤首先采出,北區(qū)可采出浮煤4.2萬(wàn)t,需7天,南區(qū)可采出浮煤6.1萬(wàn)t,需10天。浮煤將在凍土開(kāi)化土方剝離開(kāi)始前回采完。(2)內(nèi)排跟蹤壓幫、壓腳方案。浮煤回采后,解決了自燃著火的問(wèn)題。為了安全實(shí)施西幫硬煤回采,全時(shí)邊坡預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè),結(jié)合變形位移監(jiān)測(cè)和內(nèi)排壓腳近距離跟蹤為前提條件。特別回采北區(qū)和南區(qū)時(shí)內(nèi)排壓腳非常重要,這樣邊采邊壓能夠保證西幫滑體整體穩(wěn)定。內(nèi)排壓腳曾經(jīng)在東幫煤的回采中已得到成功的應(yīng)用。(3)北區(qū)硬煤回采。當(dāng)內(nèi)排壓腳至煤層位置時(shí),將煤層劃分為2個(gè)主臺(tái)階由北向南回采,且內(nèi)排壓腳跟蹤采煤進(jìn)行。內(nèi)排壓腳至煤層位置時(shí)壓幫量為42萬(wàn)m3。北區(qū)壓煤長(zhǎng)度105m,可回采硬煤13.3萬(wàn)t,2臺(tái)液壓反鏟作業(yè)22天,并需完成壓幫量98.5萬(wàn)m3。(4)南區(qū)硬煤回采。將煤層劃分為2個(gè)主臺(tái)階,在其北側(cè)先回采50m,后由北向南回采,并后跟蹤壓腳,壓腳高度至煤層頂板。南區(qū)壓煤長(zhǎng)度150m,可回采硬煤21.3萬(wàn)t,2臺(tái)液壓反鏟作業(yè)36天,并需完成壓幫量41.7萬(wàn)m3。(5)中區(qū)壓煤回采。南、北區(qū)煤回采壓幫后,形成的內(nèi)排壓腳體支撐整個(gè)滑體,為安全回采中區(qū)煤提供了條件。在回采南、北區(qū)煤層時(shí)已為回采中區(qū)的煤層預(yù)留了運(yùn)輸坡道,已有了運(yùn)輸條件。在此條件下,需建立采煤工作面。由于中區(qū)存在滑坡前的壓腳體,壓著煤層臺(tái)階坡面,回采前必須將其剝離露出煤臺(tái)階。為了減少露煤建立采煤工作面的二次剝離量,設(shè)計(jì)決定首先采用拉溝剝皮露煤的措施,即沿上部煤臺(tái)階坡頂線在壓腳體中拉15m寬、10m深的溝,將該部分壓腳土3.4萬(wàn)m3剝離,露出上部采煤臺(tái)階,在該煤臺(tái)階的南北兩端分別布置1臺(tái)液壓反鏟采煤,運(yùn)煤卡車(chē)沿南、北兩側(cè)預(yù)留的運(yùn)輸坡道運(yùn)出。隨著上部煤臺(tái)階的回采和推進(jìn)到一定位置,下部煤臺(tái)階出露,采煤平盤(pán)留20m寬,相應(yīng)建立下部的采煤工作面,再在南北兩端分別布置1臺(tái)液壓反鏟采煤,運(yùn)煤卡車(chē)沿南、北兩側(cè)預(yù)留的運(yùn)輸坡道運(yùn)出。內(nèi)排壓腳由兩側(cè)分別跟進(jìn)。中區(qū)壓煤長(zhǎng)度165m,可回采硬煤30萬(wàn)t,4臺(tái)液壓反鏟作業(yè)25天,并需完成壓幫量14.2萬(wàn)m3。4位移監(jiān)測(cè)是測(cè)定邊坡穩(wěn)定性的重要一環(huán)應(yīng)力監(jiān)測(cè)是保證回采滑坡區(qū)壓煤作業(yè)安全的重要措施之一,將應(yīng)力計(jì)置于錨索錨頭下,隨錨索受力變化實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè),根據(jù)應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定狀態(tài),從而指導(dǎo)回采工作。位移監(jiān)測(cè)是根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移隨時(shí)間變化曲線預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性。(1)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。巖體在力的作用下產(chǎn)生變形,內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到巖體強(qiáng)度時(shí),巖體發(fā)生破壞。因此監(jiān)測(cè)巖體應(yīng)力是一種積極主動(dòng)的監(jiān)測(cè)措施,它比位移監(jiān)測(cè)更早的獲取巖體變形特征和滑移信息,對(duì)及時(shí)掌握滑坡動(dòng)態(tài)和采取治理措施至關(guān)重要。通過(guò)連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化,預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)邊坡巖體的穩(wěn)態(tài),是確保采礦安全行之有效的措施。5硬煤回采過(guò)程中應(yīng)力監(jiān)測(cè)與分析回采西端幫滑坡區(qū)壓煤量具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)西端幫滑坡區(qū)回采時(shí)穩(wěn)定與否將直接影響露天礦安全可靠運(yùn)輸。本著安全第一,充分回收西幫滑坡區(qū)壓煤,建議采取以下工程措施:(1)嚴(yán)格控制內(nèi)排壓腳跟蹤距離不大于50m。(2)硬煤回采前3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)投入使用,在應(yīng)力監(jiān)