露天井工联合开采影响安全的危险因素排查分析

8.2.1.1 影响安全的危险因素排查

露天井工联合开采的宗旨是有效利用露天开采和井工开采的优势互补作用，同时将双方的耦合影响降到最低程度。在联采过程中其相互影响主要表现在三方面:一是井工开采导致其影响域内的边坡岩体弱化，同时活化边坡系统内部软弱结构面，使得受露天开挖卸荷作用而发生应力状态调整的边坡系统再次受到扰动，易导致边坡失稳灾害的发生。二是露天矿开挖的卸荷作用同样会对井工开采产生影响，特别是露天矿爆破等动荷载的反复加载，致使岩体发生松动，甚至导致巷道围岩失稳。三是由于二者影响域的重合，其采动效应相互叠加、耦合、放大，从而导致灾害的发生。

根据这三方面的内容，可以分析已存在的或将会产生的影响安全的危险因素。针对这些危险因素开展勘查、试验、危险性分析，为下一步监测预警及治理提供依据。

中国国际咨询公司曾对平朔安家岭露井之间岩体(边坡)稳定性技术进行过技术咨询研究。采用现场调查分析露天井工联合开采对露天矿边坡与周边构筑物安全的影响。采用选择与确定典型剖面的方法排查危险性。

也可以采用以上排查方法，首先排查危险因素，其后确定典型剖面开展工作。

(1)典型剖面选择原则

1)通过现场踏勘、调查、分析研究，选择现状边坡中动态稳定性较差有代表性的剖面;

2)分析判断上窑外排土场与露天不采区井工开采及采煤沉陷影响可能最大的露天矿边坡中的有代表性的剖面;

3)井工开采及采煤沉陷可能影响和危及地面重要构筑物安全的对应剖面;

4)井工开采与露天开采复合作用下对边坡稳定性最不利的有代表性的剖面。

(2)根据以上原则选定的典型剖面

1)上窑外排土场西南部典型剖面(3-3’剖面)

该剖面位于上窑外排土场西南部，走向NE60°，虽距井采第一采区有一定距离，但环形路轨位于坡脚，西南部坡下有火药库，最大排高150m，坡脚14°，基底土层20m，倾角达8°～10°左右。该剖面区的边坡稳定直接关系到环线与火药库的安全。

2)上窑外排土场西南部典型剖面(4-4’剖面)

该剖面位于上窑外排土场西南部，C-C’剖面东南侧，走向NE60°，受上窑井采区井工开采沉陷影响，环形线路位于坡脚，高压架线沿坡下而过。基底土层厚5m，顺倾，倾角5°左右。

在上窑外排西南部选定2个剖面的主要原因是，边坡为顺倾，坡底附近有地面重要建筑物，排土场下有井工开采，井采地面沉陷后可能危及排土场边坡的稳定。

3)上窑外排土场东西区皮带运输线间边坡典型剖面(C-C’剖面)

该剖面位于上窑外排土场东区排土场之间的运输线路间边坡的典型剖面，两侧有上窑井采区，东侧有西界井采区，走向SW78°。西排排高104m，坡角16°，基底土厚23m，反倾，倾角2°左右;东排排高67m，坡角12°，基底土层顺倾。该剖面区的边坡稳定对运输通道的安全与露天矿正常剥离、运输生产至关重要。

4)露天井工联合开采南端帮上窑排土场典型剖面(F-F’剖面)

该剖面包括南端帮坑下边坡与上窑西排土场(下部为井采第一采区)边坡，是露天井工联合开采，井采和露采复合作用影响最大的、总体坡高最高的一个典型剖面。4号煤底板以上距地表坡高220m，其中南端帮坑下边坡高度130m，坡角29°，岩层反倾，倾角2°左右;西排土场坡高90m，坡角20°，土层厚18m;上窑井采区4#煤层埋深105～165m，宽240m。剖面南部又有高压架线、皮带廊道与铁路运输线。因此该剖面是露天井工联合开采对露采影响最大、露采井采复合作用下边坡稳定性最受影响、又有地面重要构筑物的一个重要的有代表性的典型剖面。

5)露天井工联合开采北端帮露天不采区典型剖面(E-E’剖面)

该剖面为露天不采区井工开采区南侧的露天矿矿坑北端帮边坡剖面，走向NE0°，9#煤底板距地面高差180m，坡角29°，土层厚41m，岩层顺倾，倾角5°左右。井采主副斜井临近北端帮;北端帮岩层顺倾，黄土层中黏土层与4#煤顶板的风氧化层为二个弱层，1300平盘、1360和1375平盘在2002年相继出现裂缝;端帮进行过平硐采煤;总体边坡角31°，局部边坡最大坡角40°以上。因此比较起来是一个露天井工联合开采复合作用影响下边坡稳定性最差的剖面之一。

图8-14 露天井工联合开采位置及典型剖面位置

6)露天不采区斜井井口位置边坡典型剖面(X-X’剖面、Y-Y’剖面)

露天不采区斜井井口区边坡虽然不高，但所处位置重要，即是人员、材料物资进出斜井的通道，边坡下方又有重要的工业设施与建筑，因此它的稳定直接影响人员设备及重要设施的安全。是露天不采区井工开采安全必须分析和考虑治理的一个重要剖面。

根据以上典型剖面开展具体的勘察、试验、分析、监测、预警、安全防治控制技术研究。

8.2.1.2 勘察

针对影响露天井工联合开采安全的危险性因素的勘察目的，主要是查清危险因素区域(或选定的典型剖面区)的工程地质、水文地质条件，方法也是采用露天开采与井工开采区勘察方法，需要注意的就是考虑二者叠加域岩体变化规律。重点加强对露井复合影响造成的工程地质条件、水文地质条件、特点进行勘察。

以露天煤矿边坡工程地质勘察为例:

(1)边坡工程地质勘察内容

1)组成边坡的岩体岩性、产状、构造、新构造运动、区域地质特性、岩层风化程度、水文地质特征;

2)矿区水文、气象、地震资料、开采中爆破等采矿工程活动情况;

3)边坡稳定性、边坡变形与滑坡调查及分析;

4)岩体结构类型和工程地质分区。具体内容包括:

① 边坡岩层的岩石名称、颜色、矿物组成、结构特征，岩层的产状、含水状态，软弱层(面)的赋存状态、分布规律、接触关系及接触面的特征;

② 与边坡稳定性有关的地质构造，包括断层的性质、产状、破碎带宽度及破碎程度、断层面的特征、充填物，断层与地下水的关系;裂隙的性质、产状、发育程度，裂隙带的宽度及充填物;褶曲的形态、类型、产状、特征;

③ 松散及风化岩石的岩性、风化程度及其与坚硬岩石的接触关系、接触面的特征;

④ 含水层的岩性、厚度，裂隙或岩溶发育状态及特征;出水点的位置、流量变化、水质、水源及补给途径;

⑤ 地下水对边坡稳定的影响程度。

(2)边坡工程地质勘察按步骤:

1)收集现场相关资料，包括现场该边坡地质、水文、气候等资料，确定边坡的岩体结构、组成及赋存形态;

2)收集该边坡之前做过的相关勘探报告、钻孔资料、地质剖面图、位移监测资料等;

3)结合上述资料确定边坡剖面线的位置，并在边坡剖面线上确定能代表边坡岩体性质的钻孔位置;

4)露天矿边坡钻探应严格按照《岩土工程勘察规范》GB50021^[38]中有关技术要求执行;

5)边坡工程地质勘察资料整理分析评价，编制露天矿边坡工程地质勘察报告。

(3)对井采影响下的边坡工程地质水文地质条件特点变化与趋势进行。

8.2.1.3 试验

试验目的是测定危险影响区或典型剖面岩土体的物理力学性质，包括产生影响前及与露天井工联合开采相互影响下两种情况的岩土体物理力学性质、变化规律、发展趋势。方法也是采用露天开采与井工开采岩土体物理力学性质试验方法，增加的就是露天井工联合开采影响下的岩体物理力学性质变化规律，发展趋势。

以露天开采边坡岩土物理力学性质试验为例。

(1)边坡岩土物理力学性质试验内容

1)抗剪强度试验，包括岩样、原位岩体与散体岩土的直接剪切或三轴压缩抗剪强度试验。岩土样直剪采用直剪仪;岩土样小三轴抗剪采用三轴仪;原位岩体直剪试验采用原位岩体直剪试验系统;散体岩土大三轴试验采用大三轴仪试验系统;

2)岩土物理性质指标测定，包括密度、含水率、比重、界线含水量、压缩、固结、贯入等;

3)岩土试样抗压强度、点荷载强度、变形参数(弹性模量、泊松比等)测定;

4)软岩或泥化层流变试验，采用直剪流变仪测定长期强度及各种流变参数;

5)岩土不同含水量下的物理力学性质试验。

(2)边坡岩土物理力学试验方法

边坡岩土物理力学性质试验要以国家有关标准(如《土工试验方法标准》《工程岩体试验方法的标准》GB/T50123^[41]、GB/T50266^[40]等)、煤炭行业有关煤和岩石试验标准(MT)、水利水电行业有关岩石试验、土工试验的标准为主要遵循依据，并结合各露天矿边坡具体的特点确定试验项目、内容，并调整试验方法。

(3)岩体强度评价

岩体强度评价主要为确定边坡稳定分析采用的指标参数，结合以上试验成果，选用适宜的岩体强度评价理论、滑坡反分析成果及岩土性质类比成果等综合确定露井联采影响边坡各岩土体物理力学性质指标，特别是抗剪强度指标，为边坡稳定性分析选用。

(4)边坡模拟试验

宜根据露天矿边坡稳定分析与滑坡模式、破坏机理分析需要，依据边坡岩体实际赋存条件、地质剖面、岩土性质，采用底摩擦模型法或相似材料模型法进行边坡模拟试验，求得边坡变形破坏和滑坡模式。试验方法根据《露天煤矿边坡模拟试验方法》MT/T675进行。

(5)以上试验与评价内容应包括岩体在露天井工联合开采影响发生前与影响发生后两种情况下的岩土体物理力学性质，特别是性质的变化规律与发展趋势。

8.2.1.4 影响安全的危险因素分析

危险因素分析主要目的是分析露天井工联合开采影响安全的危险因素的类别、时空关系、影响大小、危害程度，提出监测预警与防治对策等初步建议。分析方法可采用以下两种方法:

(1)参照煤矿企业应急预案编制的指南与方法，针对危险性分析，进行情景模拟。通过调查、排查、分析危险因素的种类、范围(时空关系)、大小与危害程度，监测预警系统，采用技术与管理手段等防治对策以有效控制和减少事故发生的几率。在此基础上也可以同时编制露天井工联合开采影响安全危险因素的应急预案。

危险因素分析与相应应急预案应具有:针对性、可操作性、科学性、协调性、强制性与规范性。

(2)参照国土资源部对地质灾害防治勘查、设计与地质灾害危险性评估的方法按地质环境条件与影响因素引发地质灾害的危险性进行分析分类。如2.5.1中介绍的抚顺西露天矿，由于胜利矿井采对露采边坡影响的地质环境分类(沉陷滑移区)及相应的地质灾害危险区、及安全区。在分类基础上分析危险因素类别、范围、大小与危害，以提出初步的防治措施。