董建華 曲道龍

摘要：露天礦開(kāi)采過(guò)程中，內(nèi)排土場(chǎng)的穩(wěn)定直接影響正常的采剝作業(yè)，給生產(chǎn)接續(xù)和安全管理帶來(lái)困難。通過(guò)控制開(kāi)采、涌水治理、調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)等綜合措施，對(duì)其進(jìn)行有效治理，消除不穩(wěn)定因素。

關(guān)鍵詞：控制開(kāi)采;涌水;毛石鋪設(shè);滑坡變形

一、概況

（一）開(kāi)采要素

煤層賦存形態(tài)呈橢圓形盆地狀，四周邊緣煤層露頭，盆底為煤層埋藏最深部。9號(hào)煤層為主采煤層，是全區(qū)發(fā)育的特厚煤層，發(fā)育較穩(wěn)定。內(nèi)排土場(chǎng)邊坡角12°，平盤(pán)設(shè)計(jì)寬度30m，臺(tái)階坡面角33°，臺(tái)階高度12m，共有12個(gè)內(nèi)排平盤(pán)。

（二）工程地質(zhì)情況

1.礦區(qū)的巖石（土）工程地質(zhì)特征

礦區(qū)的巖石（土）工程地質(zhì)特征分為第四系松散層組（該組地層由砂土、粘土、砂礫石組成）、伊敏組碎屑巖組（該組地層由泥巖、碳質(zhì)泥巖、粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和煤層組成（本區(qū)煤層具有光澤暗淡、含絲炭、木質(zhì)結(jié)構(gòu)、性脆的特征。由于煤的節(jié)理和層理發(fā)育，煤芯多呈短柱狀、碎塊或片狀。

（三）水文條件

地表主要河流為海拉爾河，由東向西流經(jīng)本區(qū)北側(cè)（距離煤層露頭1.87公里），屬老年期河流，分叉合并現(xiàn)象比較多，牛軛湖比較發(fā)育，最大流量為1590m3/s，最小流量為零，平均流量為65.4m3/s;煤田西部扎尼河為季節(jié)性河流，由南向北流經(jīng)本區(qū)注入海拉爾河，其平均流量50m3/h。

二、內(nèi)排失穩(wěn)的主要原因分析

根據(jù)2014年以來(lái)內(nèi)排發(fā)生的變形和滑坡分析來(lái)看，主要有以下幾種原因：

（一）弱層與水的因素

邊坡類(lèi)型屬軟巖邊坡，上部地層為第四系松散砂礫層、黏土層，第四系地層與白堊系煤層頂板泥巖成不整合接觸，不整合面處巖層工程力學(xué)性質(zhì)較差，該處黏土層為潛在弱層9煤頂板-10煤底板區(qū)域以泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤線為主。同時(shí)，第四系層與局部煤層露頭直接接受海拉爾河水補(bǔ)給，疏干困難。地下水是影響邊坡穩(wěn)定的最大不利因素。

（二）巖層產(chǎn)狀因素

扎尼河露天礦整體為湖盆沉積單元，內(nèi)排邊坡處于盆地的東南邊緣，白堊系地層走向與邊坡走向近似一致，傾向與邊坡坡面方向一致，即順層結(jié)構(gòu)，開(kāi)采區(qū)域巖層傾角約12-18°，局部達(dá)到30°，這種產(chǎn)狀的巖層在重力的疊加作用下，容易沿沉積面產(chǎn)生滑移，進(jìn)而對(duì)內(nèi)排土場(chǎng)邊坡造成破壞。

（三）工程組織因素

從近幾年滑坡區(qū)域位置來(lái)看，均在578水平以下。隨采場(chǎng)不斷向西推進(jìn)向下降深，原滑坡剪切口位置可能發(fā)生變化，在煤層底板大面積揭露和內(nèi)排載荷不斷加大的情況下，剪切口有向西延伸的趨勢(shì)。內(nèi)排的排棄順序和排棄規(guī)格不合理也是造成內(nèi)排滑坡的原因之一。

三、治理方案

內(nèi)排積水的控制是治理滑坡的關(guān)鍵，要從根上解決問(wèn)題。露天礦坑水來(lái)源主要是四系層和煤層涌水，結(jié)合涌水區(qū)域特點(diǎn)分別在四系層涌水區(qū)域疏導(dǎo)截流、集中控制，內(nèi)排基底實(shí)施防水工程等方法進(jìn)行綜合治理。

在治理內(nèi)排涌水的同時(shí)，施實(shí)條帶式控制開(kāi)采和跟蹤內(nèi)排的方式，解決采排的矛盾，確保采剝排工作正常推進(jìn)。

在有涌水區(qū)域的內(nèi)排基底鋪設(shè)毛石和導(dǎo)水盲溝解決疏通內(nèi)排基底水的問(wèn)題。另外，在內(nèi)排蠕動(dòng)變形量較大區(qū)域下部預(yù)留6m底煤和敷設(shè)毛石以提高內(nèi)排基底強(qiáng)度，解決滑坡剪切口向西延伸，并對(duì)重點(diǎn)蠕動(dòng)變形區(qū)域進(jìn)行控制。

調(diào)整內(nèi)部排棄參數(shù)和排棄順序，從技術(shù)角度優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度的在施實(shí)內(nèi)排過(guò)程中對(duì)邊坡總體穩(wěn)定進(jìn)行控制。

四、治理措施

（一）內(nèi)排涌水治理

1.內(nèi)排基底水源治理

（1）首先進(jìn)行條帶開(kāi)采區(qū)域的毛石鋪設(shè)工作。條帶開(kāi)采區(qū)域共分為5個(gè)條帶進(jìn)行，南北長(zhǎng)度300m，施工順序由北向南逐條進(jìn)行，每個(gè)條帶南北長(zhǎng)度60m。每施工完一個(gè)條帶至煤層底板后進(jìn)行毛石的鋪設(shè)。毛石鋪設(shè)面積為16949m2，工程量2.4萬(wàn)m3。鋪設(shè)厚度不小于1m，不大于1.5m。

（2）由于北區(qū)東幫有多處集中涌水點(diǎn)，積水量比較大，在北區(qū)預(yù)留底煤區(qū)域施工導(dǎo)水盲溝對(duì)積水進(jìn)行治理。隨采場(chǎng)不斷降深由東向西逐步進(jìn)行施工，待北端幫484平盤(pán)和6m底煤區(qū)域形成后施工導(dǎo)水盲溝并使用石料進(jìn)行填充，導(dǎo)水盲溝總長(zhǎng)度747m，鋪設(shè)厚度2m，預(yù)計(jì)毛石用量4482m3。

2.北端幫涌水治理

針對(duì)北端幫到界區(qū)域煤壁出水與內(nèi)排交叉產(chǎn)生濁水這一問(wèn)題，采用挖溝引流+施工臨時(shí)集水坑等措施控制水流方向，在北端幫臺(tái)階坡面涌水處鋪設(shè)隔水膜，將涌水與內(nèi)排進(jìn)行有效隔離，最終將煤壁涌水阻隔至鋪設(shè)毛石的水溝內(nèi)，有效避免了端幫涌水進(jìn)入內(nèi)排區(qū)域影響邊坡穩(wěn)定。

（二）控制開(kāi)采

采場(chǎng)南北兩端至條帶開(kāi)采區(qū)域位置邊坡穩(wěn)定性較差，有滑坡風(fēng)險(xiǎn)，不能沿煤層底板進(jìn)行控制開(kāi)采。通過(guò)對(duì)兩個(gè)區(qū)域邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，按照預(yù)留6m底煤的方式對(duì)底板弱層進(jìn)行控制，防止底鼓現(xiàn)象發(fā)生，邊坡穩(wěn)定系數(shù)在1.1，能夠保證兩側(cè)排土場(chǎng)的穩(wěn)定。再加之條帶開(kāi)跟蹤內(nèi)排的聯(lián)合方式，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定。

1.條帶式控制開(kāi)采

自2018年第三階段條采以來(lái)已經(jīng)完成30m安全煤柱留設(shè)，80m留設(shè)6m底煤條帶控制開(kāi)采的施工。目前北區(qū)剩余300m范圍需要繼續(xù)實(shí)施90m不留底煤條帶式控制開(kāi)采，也是此次施工范圍。

條帶開(kāi)采均在采場(chǎng)東幫中區(qū)進(jìn)行，南北共分成五個(gè)條帶，每個(gè)條帶開(kāi)口寬度為60m，長(zhǎng)度總計(jì)300m。以470水位線為基準(zhǔn)，沿9#煤層底板進(jìn)行開(kāi)采，不留底煤，即以470水平底板等高線向上60°反推位置為西側(cè)停采邊界（480水平），降至煤層底板后內(nèi)排壓腳同步跟進(jìn)。

按照由上至下的開(kāi)采順序進(jìn)行施工，分別施工487、480兩個(gè)水平，沿9#煤層底板由東向西推至470煤層底板等高線。每個(gè)條帶施工到位后進(jìn)行跟蹤排棄。排棄順序由下向上依次進(jìn)行，即先排棄482水平再排棄494水平。

2.不穩(wěn)定區(qū)域預(yù)留底煤

（1）北區(qū)預(yù)留6m底煤區(qū)域

結(jié)合北區(qū)煤層賦存情況，煤層傾角相對(duì)較緩，平均傾角為3°56′。將煤層劃分5個(gè)水平進(jìn)行回采，借助北端幫到界482平盤(pán)對(duì)484、482、479、476、473五個(gè)水平由南向北依次形成各水平，由東向西逐盤(pán)推進(jìn)進(jìn)行回采。

為提高煤炭回收率，在下一水平平盤(pán)完成施工后，將上下水平兩條坡底線之間的三角煤通過(guò)液壓反鏟甩出的方式全部進(jìn)行回收。

（2）南區(qū)預(yù)留6m底煤區(qū)域

結(jié)合南區(qū)煤層賦存情況，煤層傾角相對(duì)較陡，平均傾角為9°41′。將煤層劃分2個(gè)水平進(jìn)行回采，由東向西依次為482水平（底板高476）、476水平（底板高470）。將已經(jīng)形成的482和476兩個(gè)平盤(pán)坡底線三角煤通過(guò)液壓反鏟甩出的方式將三角煤進(jìn)行回收。最終完成南區(qū)6m底煤留設(shè)和470水平以上煤體的回收。

（三）排棄組織

1.排棄參數(shù)調(diào)整

為減少內(nèi)排工作量對(duì)整個(gè)內(nèi)排邊坡的影響，將內(nèi)排平盤(pán)寬度調(diào)整至30m，邊坡角度調(diào)整至11°30′，通過(guò)調(diào)整技術(shù)參數(shù)將邊坡角度變緩，減法少內(nèi)排的排棄載荷，從技術(shù)角度對(duì)整個(gè)內(nèi)排土場(chǎng)穩(wěn)定進(jìn)行了總體控制，避免了大面積滑坡風(fēng)險(xiǎn)。

2.排棄順序

完成采煤作業(yè)區(qū)域施工后，首先組織完成最下部482平盤(pán)的排棄，并嚴(yán)格執(zhí)行由下向上的排棄順序，先后組織完成了內(nèi)排區(qū)域542、554、566、578等四個(gè)水平的排棄。排土場(chǎng)的排棄順序看似簡(jiǎn)單，但從內(nèi)排生產(chǎn)組織過(guò)程中來(lái)看，是影響內(nèi)排穩(wěn)定的又一主要因素。

五、實(shí)施效果

通過(guò)實(shí)施后的內(nèi)排滑坡綜合理方案來(lái)看，目前排土場(chǎng)蠕動(dòng)變化速率明顯降低，內(nèi)排土場(chǎng)滑坡得到了有效治理，效果顯著：

（一）在外部排棄空間緊張的情況下，最大限度的完成了內(nèi)部排土場(chǎng)的排棄工作，不僅解決了現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，還對(duì)內(nèi)排土場(chǎng)高溫點(diǎn)采取了壓埋和清除處理，有效的治理了火災(zāi)隱患。

（二）在總體控制內(nèi)排穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)排工作正常開(kāi)展，減少內(nèi)排轉(zhuǎn)外排費(fèi)用上百萬(wàn)元，從生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)上實(shí)現(xiàn)了增收節(jié)支。

（三）在完成第四階段條帶開(kāi)采后，目前露天礦實(shí)現(xiàn)了正?；夭苫顒?dòng)，提高電鏟采裝生產(chǎn)效率近20%。

（四）內(nèi)排區(qū)域?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定后，保證了下部正常的采掘生產(chǎn)活動(dòng)，進(jìn)一步提高了露天礦的安全工作水平。

（五）通過(guò)預(yù)留底煤、施工導(dǎo)水盲溝和毛石鋪設(shè)等多項(xiàng)措施從根本上解決了影響內(nèi)排基底穩(wěn)定的誘因，提高了基底的減切強(qiáng)度，為下一步大面積實(shí)施內(nèi)排工作奠定了良好的基礎(chǔ)。