扎哈淖尔露天矿边坡滑坡分析及预防措施

任国柱; 耿立君; 郑柏举; 孙艳辉; 柴国强 【期刊名称】《《露天采矿技术》》 【年(卷),期】2019(034)005 【总页数】4页(P70-73)

【关键词】露天矿; 边坡滑坡; 边坡监测; 稳定分析; 预防措施 【作 者】任国柱; 耿立君; 郑柏举; 孙艳辉; 柴国强

【作者单位】霍林河露天煤业股份有限公司 内蒙古 霍林郭勒 029200 【正文语种】中 文 【中图分类】TD824.7

根据数据统计，滑坡已成为世界三大地质灾害之一[1]，我国更是世界上受滑坡危害最严重的国家之一,每年因滑坡灾害造成的损失数以亿计[2]，给国家和人民生命财产带来巨大损失,产生严重社会影响[3]。露天矿滑坡更是滑坡中较为典型的事故。露天矿滑坡的共性是随着开采的进行[4]，矿坑深度增加，排土场增高，边坡稳定性越来越差。为此基于扎矿实际情况对露天矿矿滑坡进行分析，并提出合理化建议。 1 矿区概况

扎哈淖尔露天煤矿（以下简称“扎矿”）是一座千万吨级现代化露天煤矿，位于扎旗境内扎哈淖尔开发区界内，属于霍林河煤田的主要存量区域，煤炭贮量9.56 亿t，主要生产优质褐煤，可开采年限计划57 年。是露天煤业公司未来发展战略中

的主要能源和生产基地，是扎鲁特旗最大的企业之一，是露天煤业公司和扎旗的支柱产业。随着近几年开采规模的不断扩大，矿坑开采的深度也在迅速增加，出露的高度也不断增高，边坡滑动现象已越来越突出，边坡稳定性已成为扎矿矿安全生产的重要制约因素。 2 影响扎矿滑坡的因素

边坡滑坡一般经历蠕变、蠕变、滑动和停止4 个阶段：①蠕变阶段：是滑坡形成初期，无明显位移；②蠕滑阶段：弧形裂纹继续形成，然后相互连接；③滑动阶段：裂纹加速，整体滑动开始；④滑动停止：中高速滑动边坡岩体在滑动过程后进入停止滑动期，此时边坡处于力平衡状态[5]。

边坡变形破坏是一个复杂的、不可逆的动力耗散过程。边坡演化是内力和外力共同作用于边坡岩体的结果。内因是边坡岩体变形破坏的主要因素，外因是边坡岩体变形破坏的诱发因素。在满足边坡滑坡内部条件的情况下，在1 个或多个外部因素的激发条件下，会发生边坡滑坡。影响扎矿边坡稳定性。 2.1 地形地貌因素的影响

扎哈淖尔露天区位于霍林河煤田向斜南翼之中部,扎矿边坡地形上基本为采场采掘边坡与排土场堆积剥离物人工边坡形成的复合边坡，坡形上为折线形，上部较陡下部较缓，极易导致边坡破坏。

北排土场基底坐落于原始湖泊周边，排土场基底存在大面积黑色湖泊沼泽相淤泥质亚黏土，抗压、抗剪强度低，使整个北排土场处于失稳状态。 2.2 水文地质条件的影响

扎矿第四系全新统和上更新统(Q3+4)含砾石细砂含水层厚度为18～80 m，厚度自东向西递增。岩性主要为浅黄色细砂，含少量砾石。地下水位埋深一般为2～10 m，为孔隙潜水。钻孔单位涌水量为0.175～0.53 L/s，渗透系数为0.05～7.38 m/d，水力梯度约为0.5～1 %。含水量强，透水性弱，对边坡稳定性极为不

利。

在全风化和强风化层中，透镜体中分布有砂岩层，形成局部上部滞水。同时，其较大的孔隙度也为地下水渗透提供了条件[6]。地下水渗入剥离材料中的自然地层，而剥离材料在斜坡上部被人工丢弃，也会导致土层软化和泥化。地下水位附近的岩体性质差、强度低，为边坡失稳和破坏面的形成提供了条件。 2.3 岩石矿物成分的影响

露天开采范围内，第四系和第三系松散土层平均厚度68 m，由东至西，厚度渐大，东部仅20～30 m；西部最厚处则大于80 m。其中：第四系平均厚度50 m，松散、水平赋存。第三系平均厚度18 m，较松散[7]。第四系的厚度较大，是扎矿边坡、排土场滑坡的重要影响因素之一。 2.4 地质构造的影响

扎矿受“三湖”鞍状隆起的影响，本区深部地层走向从西向东由N30°E 转为N50°E，地层在走向和倾向上都略有起伏，倾斜较缓，倾角5°～15°，中深部渐缓，浅部露头处稍陡。

扎矿地质构造为单斜，地层走向NE60°，倾向NW，倾角8°～12°，区内断层构造均发育于坚硬基岩中。区内断层较发育，实见断点161 个，组成51 条断层，其中断距大于60 m 的有7 条；大于30 m 的有19 条；断层小于30 m 的有25 条。主要断层特征见表1。

根据以往钻孔揭露情况：地层中发育有部分软弱层，主要分布在全风化-强风化泥岩及砂岩层，不利于边坡稳定。尤其是扎矿南端帮处于露头位置，各结构面弱化边坡岩体的力学性质，降低了边坡稳定性；各结构面也成为地表水渗入和地下水活动的通路，形成不稳定的弱层，对边坡稳定产生不利影响。

扎矿近几年的开采，使各端帮初始应力重新分布，以水平方向为特征的构造应力不均匀释放，引起岩体向采空区方向回弹变形和膨胀，使原有裂隙进一步扩大或者造

成新的卸荷裂隙，在坡角处的应力集中导致应力成倍增加，在一定程度上影响各端帮稳定[8]。 2.5 采矿条件的影响

扎矿横采区域边坡约为12°，北部到界台阶复合边坡约为11°，在初设要求边坡角内，从各端帮的边坡角看，采矿对边坡稳定影响也较大。

扎矿采掘工作线的走向与采空区地质结构面走向之间的夹角在20°以内，对边坡稳定不利。采区内频繁爆破震动，对特殊的第四系边坡稳定产生一定影响。扎矿南排土场距南端帮较近，给南端帮施加外部荷载，影响边坡稳定。 3 边坡位移监测

1）监测数据精度可靠性。为了更准确更高效的，并且随时对边坡进行监测，1 号露天矿不断更新技术边坡监测手段，2015 年以前全部利用人工监测手段，分为2 个区域，8 条监测线，37 个监测点。从2015 年以后开始建立实时监测系统，现形成2 个大区域，5 个分域，13 条监测线，48 个监测点，其中实时监测9 条监测线，40 个实时监测点，人工监测共4条监测线，8 个监测点位。通过改变生产工艺，边坡点位的监测精度、时效性和准确性显著提高，为数据分析提供坚实的基础。

2）地表位移监测数据。收集了2015 年—2018年扎矿边坡监测点位移监测数据，对所有点位数据按每月移动位移为单位，生成基础数据，再按区域，将点位数据进行整合，最终生成点位变化速率整体趋势图如图1 和图2。 4 边坡变化分析及预防措施

针对扎矿实际现状而言,有着岩体中存在大量的节理裂隙、断层，特别受到采矿工程开采强度、设计边坡角、地下水、地面降雨、地质条件变化等因素影响 [5]，边坡的稳定性复杂的演化过程。为此利用GNSS 对边坡岩的变形进行监测，在对边坡工程岩体变形监测数据的时间序列分析中，利用概率统计的分析方法。最后结合

监测数据和地质、采矿等条件，分析出共性变化与差异性变化，从而对扎矿边坡预测其稳定性，并提出一些合理化建议。 表1 主要断层特征表

图1 南端帮点位变化速率整体趋势图 图2 北端帮点位变化速率整体趋势图 4.1 共性变化分析

通过对图1、图2 数据图形观察可得，趋势图整体都呈现出波浪形，专业称为类三角函数图。波峰一般出现在6、7、8 这3 个月，波谷一般出现在1 月和2 月。造成如此现象的原因分析：①季节变化（主要为引起地下水变化）：本地区每年3 月末4 月初开始有化冻现象，10 月中旬开始出现冻结现象；②地面降雨，本地区降雨集中在5—9 月，且6—7 月未特别集中时间段；③采矿工程的影响：每年在4 月中下旬开工，至11 月下旬左右收工，在此期间边坡受到采矿剥离、矿山爆破等因素影响。还有一点值得关注在2016 年7 月2 个区域趋势图都出现了1 个尖峰值，这是由于当年降雨量偏高所致，这也说明降雨量如果有大的变化对扎矿区域边坡稳定影响很大。 4.2 差异性变化分析

通过对图1、图2 观察，可发现南端帮整体为平稳曲线，北端帮整体为上升曲线。对数据分析南端帮年平均变化率为，2016 年16.83 cm/月，2017 年16.67 cm/月，2018 年16.67 cm/月；北端帮年平均变化率为，2016 年37.92 cm/月，2017 年51.92 cm/月，2018 年72.83 cm/月。分析其原因主要有：①南帮排土场虽然上部比较高陡，但下部较缓，且距离开采帮有1 条缓冲支撑区（现阶段用于运输到和皮带架设）；②南端帮地下水疏干情况好；③采矿方法灵活合理，如南帮横采区，此区域共有6 条大小断层交错，已发生滑坡，但利用横采并回填，将坡脚压死，大大减小了滑坡的风险；④北端帮115、116、117 机道离北排较近；

⑤北端帮现阶段地下水还集中在第四系砂层，且随着向西开采砂层厚度将进一步增加。

4.3 滑坡预防建议与措施

综合各种因素分析，扎矿地层主要由中细砂、黏土、淤泥质亚黏土、泥岩、各种砂岩及煤层组成，坚硬岩石与软岩互层，软弱结构面间距小，且结构面走向与露天矿最终边坡走向的夹角接近，岩体构造复杂，含水性中等，透水性弱[5]，受季节变化、降雨、地下水、采矿工程影响明显，但结合点位速率变化趋势图可知，仍处于蠕变和蠕滑阶段。

1）扎矿南帮地表位移监测数据分析知，排土场区域监测点变化较大，运输道路及采掘场非工作帮的监测点受采掘场往南方向作业影响较大，在此生产过程中对边坡稳定性进行充分认证后，建议加快加大横采区回填进度与力度，并要保证回填区域现有东帮、北帮形成支撑力。

2）建议将人工监测与GNSS 实时监测合理搭配，及时对北排土场人工监测点进行补点，完善监测部位，调整局部GNSS 自动监测点位置，实时监测蠕动较大的边坡位置，对地表沉降区域做好日常检查。

3）为避免南端帮整体边坡滑动面过大，在采矿设计时留有支柱性坡面（可随着会填的跟进，适时再采），从而阻断排土场和南端帮自重应力引起滑坡的危险。 4）由于北端帮开采现状和疏干效果未达理想状态，建议在继续向西开采的采矿设计中事先预留排土场与开采帮之间安全的缓冲区，并加大此区域疏干排水力度，在北端帮形成一条边坡支撑带。

5）建议采矿开采和排土工作，要严格按照采矿设计进行施工，并符合设计规范要求。 5 结语

矿山边坡稳定性分析是现阶段矿山开采中重点关注点，从实际出发，依据扎矿实际

地质地貌、水文、采矿情况，结合边坡监测结果，分析扎矿边坡滑坡的实质原因，并从中找出内在规律，有针对性的提出治理和预防滑坡的有效措施。 参考文献：

【相关文献】

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［4］谢全敏，刘鹏，夏元友.滑坡灾害风险评价研究［J］.金属矿山，2004（3）：58－61. ［5］薛锦春.矿山边坡岩体非线性力学分析与安全预警系统研究［D］.长沙：中南大学，2012. ［6］金凌晨.扎哈淖尔露天矿采场南帮边坡稳定分析［J］.露天采矿技术，2015，30（8）：14－16.

［7］王东旭.扎哈淖尔露天矿采场和排土场边坡稳定性分析及治理措施［J］.露天采矿技术，2015，30（3）：1－3.

［8］杨选民，杨朝阳.露天矿滑坡灾害及其减灾对策［J］.露天采煤技术，1998，13（4）：21－23.4.45 m3/t。采煤均采用单斗-卡车-带式输送机半连续工艺，剥离采用单斗卡车间断工艺。