寶日希勒露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性分析與評價

寶日希勒露天礦西幫邊坡穩(wěn)定性分析與評價

1邊坡變形及支護露天礦邊坡的穩(wěn)定性不僅是一個安全問題，也是一個經濟問題。安全和經濟的邊緣被稱為最佳邊緣。因此,首先應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構面,如斷層層面、節(jié)理等的產狀,位置、數(shù)量或分布密度、相互關系;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)錯動。至10月16日,地面裂縫下沉20cm,裂縫水平寬度超過10cm,裂縫基本貫通,形成滑落體,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。通過分析邊坡變形的原因,進行變形監(jiān)測,提出在變形區(qū)中部內排壓腳防滑措施。實施內排壓腳后,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,煤層水平錯動20m,滑體體積約350萬m3,滑坡區(qū)壓煤約80萬t,產值近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效益和顯著的經濟效益。內排邊坡壓腳見圖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、砂質粘土、礫石等組成;下部由泥巖、沙礫巖、炭質泥巖及煤組成,各種巖性變化較大,且橫向交替發(fā)育,其抗剪切強度都較小,含水量較大,對邊坡穩(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汽車震動降低了邊坡穩(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,實際開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,內排壓腳跟不上,順傾邊坡暴露時間長,內排土場壓腳作用沒有充分體現(xiàn)出來。(3)煤層水軟化弱層、軟化底板泥巖,降低巖體強度。(4)邊坡上設有通往內排土場的運輸?shù)缆?汽車震動降低了邊坡的穩(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)長度為467m,分析滑坡區(qū)各部位的破壞、變形程度,可將整個滑坡區(qū)劃分為3個區(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,滑體與滑床產生錯動,巖體應力得到釋放,巖體強度顯著降低,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,內力沒有釋放完,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采方案3.1回采端煤質量高西端幫滑坡區(qū)長度為467m,壓煤74.9萬t。其中北區(qū)壓煤長度105m,壓煤量17.5萬t;南區(qū)壓煤長度150m,壓煤量27.4萬t;中區(qū)壓煤長度165m,壓煤量30.0萬t?；夭稍摬糠置?產值可達9000萬元左右,經濟效益顯著;同時滑落的浮煤長時間裸露易自燃發(fā)火,也必須盡早回采;另外西端幫滑坡區(qū)回采時穩(wěn)定與否將直接影響露天礦2009年度2000萬m3土方剝離內排的安全可靠運輸,所以,西端幫回采勢在必行。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問題。主要包括:回采工藝、回采程序、內排壓幫、壓腳方案和安全措施等。在對滑坡區(qū)穩(wěn)定性分析的基礎上,結合采場剝、采、排工程現(xiàn)狀,本著安全第一、先易后難的原則,提出相應的西端幫滑坡區(qū)壓煤回采方案。3.2液壓反機制自2008年10月28日西端幫滑坡后,滑體暫時處于相對穩(wěn)定狀態(tài),但回采滑體下的煤層,很可能誘發(fā)滑體局部錯動或局部小型滑坡,所以回采工藝必須選擇機動靈活的液壓反鏟采裝和小型卡車運輸,以利于在監(jiān)測到滑坡跡象或先兆時,設備、人員能及時撤出,避免災害事故發(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,滑體內力基本全部釋放。南區(qū)破壞較嚴重,內力釋放較充分,為較安全區(qū),但在回采過程中容易發(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,內力沒有釋放完,先回采時容易誘發(fā)整個滑體再次移動,故認為該區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)。根據對滑坡區(qū)的穩(wěn)定性分析,本著安全可靠,工程便于實施的原則,在總體上采用分區(qū)、分層回采、內排跟蹤壓腳、全時監(jiān)測的回采方案。回采順序為: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,滑落的浮煤對滑體的穩(wěn)定性影響不大,長時間裸露易自燃發(fā)火,應盡早回采。分別在南、北區(qū)兩側建立臨時運輸坡道,將浮煤分成2個臺階,分別在南、北區(qū)布置2臺機動靈活的液壓反鏟和小型卡車作業(yè),將15m寬的浮煤首先采出,北區(qū)可采出浮煤4.2萬t,需7天,南區(qū)可采出浮煤6.1萬t,需10天。浮煤將在凍土開化土方剝離開始前回采完。(2)內排跟蹤壓幫、壓腳方案。浮煤回采后,解決了自燃著火的問題。為了安全實施西幫硬煤回采,全時邊坡預應力監(jiān)測,結合變形位移監(jiān)測和內排壓腳近距離跟蹤為前提條件。特別回采北區(qū)和南區(qū)時內排壓腳非常重要,這樣邊采邊壓能夠保證西幫滑體整體穩(wěn)定。內排壓腳曾經在東幫煤的回采中已得到成功的應用。(3)北區(qū)硬煤回采。當內排壓腳至煤層位置時,將煤層劃分為2個主臺階由北向南回采,且內排壓腳跟蹤采煤進行。內排壓腳至煤層位置時壓幫量為42萬m3。北區(qū)壓煤長度105m,可回采硬煤13.3萬t,2臺液壓反鏟作業(yè)22天,并需完成壓幫量98.5萬m3。(4)南區(qū)硬煤回采。將煤層劃分為2個主臺階,在其北側先回采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)壓煤長度150m,可回采硬煤21.3萬t,2臺液壓反鏟作業(yè)36天,并需完成壓幫量41.7萬m3。(5)中區(qū)壓煤回采。南、北區(qū)煤回采壓幫后,形成的內排壓腳體支撐整個滑體,為安全回采中區(qū)煤提供了條件。在回采南、北區(qū)煤層時已為回采中區(qū)的煤層預留了運輸坡道,已有了運輸條件。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,壓著煤層臺階坡面,回采前必須將其剝離露出煤臺階。為了減少露煤建立采煤工作面的二次剝離量,設計決定首先采用拉溝剝皮露煤的措施,即沿上部煤臺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m3剝離,露出上部采煤臺階,在該煤臺階的南北兩端分別布置1臺液壓反鏟采煤,運煤卡車沿南、北兩側預留的運輸坡道運出。隨著上部煤臺階的回采和推進到一定位置,下部煤臺階出露,采煤平盤留20m寬,相應建立下部的采煤工作面,再在南北兩端分別布置1臺液壓反鏟采煤,運煤卡車沿南、北兩側預留的運輸坡道運出。內排壓腳由兩側分別跟進。中區(qū)壓煤長度165m,可回采硬煤30萬t,4臺液壓反鏟作業(yè)25天,并需完成壓幫量14.2萬m3。4位移監(jiān)測是測定邊坡穩(wěn)定性的重要一環(huán)應力監(jiān)測是保證回采滑坡區(qū)壓煤作業(yè)安全的重要措施之一,將應力計置于錨索錨頭下,隨錨索受力變化實現(xiàn)實時應力監(jiān)測,根據應力隨時間變化曲線預測邊坡穩(wěn)定狀態(tài),從而指導回采工作。位移監(jiān)測是根據監(jiān)測點位移隨時間變化曲線預測邊坡穩(wěn)定性。(1)應力監(jiān)測。巖體在力的作用下產生變形,內部應力狀態(tài)發(fā)生轉變,當應力達到巖體強度時,巖體發(fā)生破壞。因此監(jiān)測巖體應力是一種積極主動的監(jiān)測措施,它比位移監(jiān)測更早的獲取巖體變形特征和滑移信息,對及時掌握滑坡動態(tài)和采取治理措施至關重要。通過連續(xù)、自動監(jiān)測應力變化,預測和評價邊坡巖體的穩(wěn)態(tài),是確保采礦安全行之有效的措施。5硬煤回采過程中應力監(jiān)測與分析回采西端幫滑坡區(qū)壓煤量具有十分顯著的經濟效益,同時西端幫滑坡區(qū)回采時穩(wěn)定與否將直接影響露天礦安全可靠運輸。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)嚴格控制內排壓腳跟蹤距離不大于50m。(2)硬煤回采前3個應力監(jiān)測點投入使用,在應力監(jiān)