孙志鸣

（中煤平朔集团有限公司 安家岭露天矿，山西 朔州 036000）

目前安家岭露天矿工作面向东不断推进，在推进过程中边坡处于断层、陷落柱等不良地质条件发育地带。该区域地质情况复杂，边坡稳定性受地质条件影响存在重要的安全隐患[1]，且在东帮影响区域内存在公路、民居、煤场等重要设施，而且目前首采区进入开采末期，上部台阶已经逐渐靠界，随后工作面将逐渐向南转向进入二采区，形成永久端帮[2]。因此对东边界的边坡安全要求进一步提高。随着采矿活动的开展，不稳定区域将逐渐被揭露出来，形成露天矿的工作帮、边坡存在重大的安全隐患。根据安家岭矿确定的东部最终开采境界，对矿坑靠界区域的边坡稳定性进行分析来确定最终的帮坡角[3-4]，在保证周围建筑物安全的前提下确保矿山安全生产的持续进行，实现经济效益最大化。

1 工程概况

1.1 地质概况

安家岭露天矿地处山西省朔州市境内，属宁武煤田北部区域，是我国自行设计、自主建设的平朔矿区第二座大型露天煤矿，矿区主要开采4#煤、9#煤、11#煤3 个煤层。该区域内地层主要由黄土、浅红色亚黏土、黄色亚砂土、砂岩、泥岩、砂质泥岩、石灰岩和煤组成，上覆松散地层多具湿陷性，承载力低。石炭、二迭系地层岩石胶结致密，节理裂隙不甚发育，富水性弱，寒武、奥陶系灰岩、岩溶裂隙发育一般，含水性相对较弱，矿区灰岩水位标高1 069～1 065 m，11#煤底板突水系数0.02～0.04 MPa/m，奥灰水在正常情况下不易进入采矿场，水文地质条件简单。本区岩石大多数属半坚硬岩石夹有一定量的弱层和坚硬层，地下水较少，岩石强度较高，且强度差别不大，岩层的完整性也比较好，从可靠性上讲，边坡稳定的可靠程度较高。

1.2 矿坑开采现状

安家岭露天煤矿目前开采工作面主要位于东部工作帮，向东推进，目前首采区已经进入开采末期。根据安家岭露天矿重新划定的安家岭东部境界作为地表境界，并以35°帮坡角下推至11#煤层底板作为深部境界，确定安家岭矿采用“直推+北部超前”方案完成过背斜期间的开采接续，即采剥工作面沿当前开采方向逐渐靠帮，同时从北部重新拉沟向下延深向南推进。基于确定的露天矿东部境界及开采程序，北部超前区域已经开始剥离，但剥离量较小，尚未剥离到东部边界。预计露天矿北部重新拉沟可于2021 年延深至11#煤层底板，之后采掘场由北向南推进。

安家岭露天煤矿目前主要开采区域仍在芦子沟背斜上部，主要工作面南北布置向东推进，北部超前区域只剥挖了较小部分区域，尚未到达东部端帮。根据现场调查资料，东帮矿权界附近，有马关河、平陶公路、后安矿、白芦煤矿、部分房屋及部分煤场等重要设施。

通过对安家岭露天煤矿的开采现状、东帮区域现状以及端帮边坡影响因素分析，对东部开采境界进行了优化，确定最终的东部开采境界。在原开采境界的基础上拆迁平陶路以西的民房和储煤场，并局部取直改移平陶路以后，以安家岭矿东帮矿权界附近改移后的平陶路、工业大道、后安工业场地和白芦工业广场的西侧边界，向采掘场内部回收50 m，形成最终东帮开采境界[5]。

2 边坡稳定性分析

2.1 东边帮构成和指标

端帮台阶高度一般为15 m，每隔1 个平台设有1 个运输通道，运输平盘宽30 m，保安平盘宽6 m。东部边帮是一个由不同岩层构成，最大高度约210 m 的高边坡，岩层倾角较小，上部是强度较低的黄土，下部有强度较高的砂岩、泥岩构成，对边坡稳定较为有利。

东部边帮高度为170～205 m，依据边坡岩性统计，边坡计算中采用的计算指标见表1。

表1 边坡计算中采用的计算指标

2.2 滑动模式和东帮边坡稳定性计算

露天矿边坡煤岩互杂，依据该矿煤岩的赋存规律，未来滑坡应以圆弧滑坡和顺层滑坡模式为主[6]。①圆弧滑坡模式：破裂面贯通所有地层，形成圆弧状的滑坡模式；②顺层滑坡模式[7]：滑坡体沿地层的结构面滑出；不同部位的边坡破坏模式与组成边坡的岩性、强度和产状有关，可能的破坏模式只能通过具体的计算分析来说明。边坡的稳定性为上述滑坡模式中稳定系数最小的一种。设计中计算采用相对保守的极限平衡法中的瑞典条分法[8]。

东部边帮由北向南选取3 处典型位置，采用瑞典条分法对东部边帮进行稳定性计算，确定东部开采境界的最终帮坡角，最大程度的回收煤炭资源。3处典型剖面示意图如图1～图3。

图1 1-1 剖面示意图

图2 2-2 剖面示意图

图3 3-3 剖面示意图

1-1 剖面高度201.5 m，2-2 剖面高度171.9 m，3-3 剖面高度177.8 m，3 个剖面利用瑞典条分法进行边坡稳定性计算，其中剖面1-1’、2-2’、3-3’条分法的圆心和半径分别为（72.963，251.875）、（51.547，218.842）、（51.695，218.452），R1-1=266.528、R2-2=232.190、R3-3=232.984，3 个剖面在不同帮坡角下的安全系数见表2。

表2 各剖面边坡安全系数表

2.3 模拟结果

利用瑞典条分法分别对东部最终境界由南到北的3 个典型剖面进行不同帮坡角的安全系数计算，将计算结果绘制成折线图，剖面安全系数折线图如图4。

图4 剖面安全系数折线图

分析3 个典型剖面的边坡稳定性系数可知，在东部最终境界确定情况下，东部边坡各剖面安全系数随着帮坡角的逐渐增大均有不同程度的减小，稳定性也逐渐变差，但在帮坡角最大的39°时，安全系数趋于临界值1，边坡处于不稳定状态。

观察剖面安全系数折线图可知，北部剖面1-1、中部剖面2-2 和南部剖面3-3 随着帮坡角的逐渐增大，安全系数都逐渐减小，但剖面2-2 和剖面3-3的变化趋势相近，剖面1-1 在帮坡角34°～35°时发生骤变，随后趋于缓和。

3 结语

安家岭矿自生产以来，实践证明采掘场最终帮坡角取35°是稳定的，能够保证露天矿的安全生产。结合计算结果可知，当东部边帮角度小于34°时，其稳定系数均大于1.3。由于北部1-1 剖面在帮坡角为35°时安全系数发生突变，而且安全系数小于1.3。所以在保证东部境界周围各种设施安全的前提下，为尽可能的多回收煤炭资源，确定东部境界的最终帮坡角为34°。