刘兴学，胡渊鑫

（新疆能源（集团）有限责任公司 哈密分公司，新疆 哈密 839000）

露天煤矿在开采过程中，边坡稳定性受诸多因素的影响，边坡安全不可忽视。随采剥工程持续推进，采场逐渐形成陡立的坡面，开挖后的边坡受地质构造、岩体结构、爆破振动、工程机械动荷载、边坡角、边坡高度、地下水、降雨等因素影响，破坏了边坡岩体的自然平衡状态，边坡在重力作用下，应力重新分布可能会出现边坡变形破坏，导致边坡失稳，甚至造成滑坡事故[1]。露天煤矿在开采过程中，一定要对边坡进行全天候监测及人工巡视，当边坡出现失稳现象时，通过全面分析影响边坡失稳的因素，分清主次，制定防治措施并立即组织实施。实践表明，研究露天煤矿边坡失稳影响因素、采取正确的治理措施并及时组织实施治理，可有效提高边坡的稳定性。

1 工程概况

矿区地形属低山丘陵、戈壁荒漠区，第四系砾石及亚砂土所覆盖较多，地势呈南高北低，原始地形较为平坦。区内无常年地表水流，气候干燥，蒸发强于降水。矿床充水主要源于大气降水、暂时性地表洪流的入渗补给以及层间补给。新近系孔隙含水层组为弱富水性，侏罗系西山窑组上、下段孔隙裂隙含水层组为弱含水层富水性弱。露天开采区地形有利于自然排水，地下水补给量极少，地下水流向基本与地形坡向一致，自南向北。

石头梅露天煤矿一期工程设计生产规模5.0 Mt/a。剥离采用单斗-卡车开采工艺，采煤采用单斗-卡车＋半移动破碎站半连续开采工艺[2]，剥采工程采用分层采装工艺，台阶高度10 m。采装设备选用斗容8.0 m3，液压挖掘机，运输设备选用载重91 t 自卸卡车。采场南帮边坡为非工作帮，南帮到界帮台阶坡面角65°，台阶高度10 m。南帮到界边坡采用组合台阶（2 个安全平盘和1 个清扫平盘），安全平盘宽度5 m，清扫平盘宽度30 m，南帮设计边坡角33°。南帮边坡属于典型的岩质边坡，边坡上部为第四系松散层和新近系地层，为水平或近水平地层；边坡下部为侏罗系地层，边坡倾向与地层倾向一致，为顺层边帮。

2 南帮边坡失稳因素

石头梅露天煤矿采场南帮边坡属于典型的岩质边坡，影响边坡稳定性的因素较多，主要包括地质构造、地层结构、岩石力学性质、陡立高边坡、地下水、降雨、工程振动等。

1）地质构造。采场南帮受白依山断裂构造活动的影响，基岩层理发育，层面黏结力小，岩体完整性较差。根据采场已揭露地层结构面产状的测量与分析：南帮东侧边坡有2 组与坡面走向近平行的节理组合成“X”形，与层面组合易使斜坡发生顺层破坏；南帮西侧结构面也将岩体切割呈大小不一的危岩体，随着坡体前缘开挖，在重力作用下，陡立岩体向坡外弯曲，易形成崩塌和弯曲—拉裂式整体滑移。

2）地层结构。采场南帮边坡岩体主要为缓倾的新近系泥岩和砂砾岩，下伏侏罗系的砂岩、砂泥岩和泥岩。由于南帮边坡存在单斜和断裂构造，侏罗系地层从北向南地层逐渐由近水平向陡倾渐变。南帮边坡开挖过程中形成了较陡立的坡面，使前缘临空面逐渐增大，岩体卸荷作用明显、坡体内应力状态发生了调整，致使东侧发生顺层的平面滑动和楔形滑动，西侧边坡发生倾倒式变形破坏[3]。

3）岩石力学性质。边坡岩体主要由砂泥岩、泥岩、砂岩、砂砾岩和煤组成，总体胶结能力差，强度较低，遇水易崩解软化，岩体软硬相间。开挖后，边坡岩体在自重力作用下，临空面易出现变形破坏，边坡岩体会沿软弱结构面缓慢而持续的变形，当坡体中的剪应力低于其抗剪强度时，坡体呈蠕动状态[4]；当应力值接近或超过岩体长期抗剪强度时，坡体表现为加速蠕动，直至破坏。

4）陡立高边坡。煤矿在开采过程中，采剥工程持续推进，边坡高度逐渐增加，采场南帮形成了陡立高边坡，边坡岩体裸露风化降低了岩体的工程力学性质，使边坡岩体原有的应力平衡改变，边坡岩体在重力作用下应力场重新分布，使边坡出现变形破坏，导致边坡失稳[5]。

5）工程振动。煤矿在生产作业中使用的重型矿卡、大型机械和爆破作业都会产生振动，振动使边坡岩体出现颠簸和摇晃，破坏了边坡岩体原结构的完整性，降低了边坡的稳定性。

6）地下水。该区地下水类型主要为侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙水、新近系和古近系碎屑岩类孔隙裂隙水、第四系松散岩类孔隙潜水。地下水顺岩层裂隙面渗入，在裂隙密集附近聚集，长时间积聚的地下水会让边坡岩体软化，不利于边坡的稳定性。

7）降雨。开挖后的边坡，使边坡岩体自然平衡状态受到破坏，边坡出现发育裂缝，降雨沿裂缝流入边坡岩体，水进入边坡岩体内易沿岩层软弱结构面快速下渗，造成边坡岩体的软化[6]，进而影响边坡的稳定性。

3 南帮边坡治理措施

2021年6 月采场南帮地表高程825 m，采场深部高程695 m，高差约130 m，边坡角28°。南帮边坡地表至770 m 水平多处存在不同程度的拉张裂缝，局部变形明显，呈发展状态，边坡西侧有倾倒式变形体。南帮地表运输干线局部区域出现裂缝。经研究，综合考虑边坡治理措施的适用性、工程难易程度、成本和周期，结合采场南帮边坡的实际情况，石头梅露天煤矿采取以下治理措施：

1）降低边坡角。采剥工程不断推进，采场南帮形成陡立高边坡，边坡受岩性、地质构造、岩体结构、岩体硬度、工程振动、地下水、降雨等因素的影响，经分析，降低边坡角是提高边坡稳定性的关键因素。通过采用削坡减载与内排压脚相结合的方法降低边坡角，可快速提高采场南帮边坡的稳定性[7]。

2）削坡减载。采剥工程持续推进，7 月南帮边坡下部高程687 m，南帮边坡监测位移量出现增大现象，同时采煤工作面出现了凸起裂缝。经分析，南帮边坡下部岩体对边坡上部岩体的支撑力接近临界状态，边坡出现了失稳现象。根据边坡出现的裂缝布置情况，以边坡后缘拉裂缝位置为界进行削坡减载[8]，立即组织开展南帮边坡上部削坡减载12.2 万m3，减轻边坡上部岩体自重，采场南帮上部边坡监测位移量逐渐变小，提高了边坡的稳定性。截至10 月底南帮边坡上部累计削坡减载111 万m3。由于南帮下部已具备内排条件，把削坡减载与内排压脚相结合的治理方法，转变为以内排压脚为主。

3）内排压脚。采场南帮边坡与工业广场坑内排水处理站距离约240 m、破碎站输煤皮带走廊距离约240 m、加油站距离约300 m，若单一采用削坡减载提高边坡稳定性，削坡施工占用工业广场面积，将导致工业广场的使用面积减小，削坡后形成新的边坡距离地面永久建筑物较近，将会威胁工业广场部分永久建筑物的安全，且削坡工程量大，投资成本高。7 月在采场南帮边坡上部削帮减载的同时，边坡下部进行内排压脚21.5 万m3[9]，增强边坡下部抗滑力，南帮下部边坡监测位移量逐渐变小，提高了边坡的稳定性。截至2022 年4 月南帮边坡740 m 水平以上削坡减载累计111 万m3；边坡下部710 m 水平～650 m 水平内排压脚累计131 万m3；南帮边坡治理前边坡角33°，治理后边坡角19°。根据南帮边坡现状和边坡监测数据分析，南帮边坡基本稳定。后期，当采剥工程推进释放出内排空间时，及时进行内排剥离物压脚，增强边坡稳定性。边坡治理区域平面位置如图1，A-A′边坡治理前后对照剖面如图2。

图1 边坡治理区域平面位置图

图2 A－A′边坡治理前后对照剖面图

4）监测。加强采场南帮边坡的监测，在采场南帮布设了GNSS 监测点。采场西帮布设了1 台边坡雷达，主要用于监测采场南帮边坡。在采场南地表增设深部位移监测点。每小时进行1 次边坡监测数据分析[10]，随削坡减载与内排压脚工程不断推进，边坡监测数据的位移量逐渐降低，边坡趋于稳定。

5）降低动载荷。采场南帮地表运输干线局部区域出现裂缝，为降低机械振动对南帮边坡造成二次破坏，将该路向南移设约80 m。同时采用限速的办法，来减少车辆及工程设备动荷载对边坡岩体结构的破坏。做好到界边坡的预裂爆破工作，以减少爆破冲击波震动对边坡岩体结构的破坏[11]。

6）疏干排水。完善采场南帮防排水系统，在采场南帮地表裂缝外围修筑拦水坝，对南帮边坡出现的裂缝进行封堵处理，防止降雨汇集沿裂缝渗入边坡，造成坡体的软化。加强采场内地下水的外排工作，降低地下水水位，以减少水对边坡软弱岩层物理力学性能的影响，降低地下水静水压力和动水压力。

7）人工巡视。每日进行边坡巡视，仔细观察南帮边坡整体稳定情况及裂缝的变化情况，在出现滑坡、崩塌征兆时及时采取防治措施。

4 结语

在露天煤矿开采过程中，随采剥工程不断推进，采场将会形成陡立高边坡，长时间裸露的边坡受多种不利因素影响，边坡岩体在自重力的作用下，应力重新分布，使边坡岩体原结构受到破坏，当边坡岩体结构持续破坏，将会导致边坡失稳，若边坡出现失稳预兆时，必须全面分析影响边坡失稳的因素，分清主次，根据不同的失稳因素选择合理的治理措施并立即组织实施治理，可有效提高边坡的稳定性。