煤矿两处不稳定斜坡治理设计探索

摘要：文章根据永定庄煤矿矿区地质环境和勘查成果对同一矿区两处不稳定斜坡的治理工程进行了设计及方案比较分析，最终选择了经济合理的治理方案。

关键词：不稳定斜坡；治理；设计；永定庄煤矿

1矿区地质环境

治理区所属矿区位于大同市西南23.5km口泉乡永定庄村附近。口泉河位于矿区南边界外，井田内无大的地表水系。地貌单元属低中山区，区内沟谷纵横，地形复杂。区内无地质构造通过，地层总体东南高西北低，倾角一般2-4°，出露地层有侏罗系中统大同组(Jd)砂岩、第四系松散层。本区设计2的震动峰值加速度为0.20，对应的地震基本烈度为Ⅷ度。

2勘查成果

2.1不稳定斜坡

不稳定斜坡1位于矿区中南部，口泉铁路支线及口泉至王村公路东北侧山体，该段斜坡坡宽为462.7m，斜坡整体呈“L”形，平均坡向182°。坡高约41.8-69.0m，平均高度59.5m。坡度38-79°，局部坡度近直立。周边沟谷地形呈“U”形，斜坡坡度多介于38-79°之间，部分地段斜坡近于直立，斜坡上基岩直接出露，风化强烈，坡脚处多见风化掉落的岩块，局部堆积有大量建筑及生活垃圾破坏了原有地貌，植被覆盖率低且紧邻公[1]路，影响道路行人安全及美观。根据勘查成果，不稳定斜坡1为岩质斜坡，岩体主要为砂岩，岩体节理发育，裂面粗糙，多数节理无胶结，结构面结合程度很差。现场调查岩体有两组优势节理面：185°∠66°、111°∠73°。因受风化影响大，斜坡坡度陡，岩体卸荷裂隙发育，潜在破坏形式为沿节理面的浅层崩塌。同时，岩体易受风化作用出现坡面块石掉落，破坏地形地貌，间[2]接影响边坡体的稳定性。

2.2不稳定斜坡

不稳定斜坡2位于矿区东部，地表为松散土层覆盖，下伏为大同组砂岩，局部被人类新近开挖改造，坡面无植被生长，斜坡坡度多介于41-73°之间，坡脚处基岩出露，通过测量调查周边岩体裂隙发育情况，有两组优势节理面：247°∠55°、155°∠68°。该斜坡坡宽为109.4m，高48.0-49.5m，平均高度49.0m，坡度41-73°，坡向西南。不稳定斜坡2潜在破坏模式有两种：模式一为上覆土层沿基岩顶面发生整体滑动；模式二为均质土层内部发生圆弧形滑动。另外，对于土质边坡坡面的破坏也不可忽视，治理区粉土层结构松散，易受降水冲刷形成坡面冲沟，坡脚冲蚀，一定程度上影[3]响边坡体的稳定性。

2.3勘查结论

在目前的地质环境条件下，不稳定斜坡1处于基本稳定状态，安全储备不足；不稳定斜坡2的AB段处于稳定状态，BC段处于基本稳定状态。在降水作用下，不稳定斜坡2的AB段处于欠稳定状态外，不稳定斜坡1和2的BC段均处于不稳定状态。在地震作用下，不稳定斜坡1和2整体处于欠稳定—基本稳定状态。

3治理方案

3.1不稳定斜坡1设计方案

3.1.1不稳定斜坡1的治理以岩体为主，节理裂隙发育，边坡破坏模式为卸荷裂隙引起的局部崩塌，设计采用削坡+重力式挡墙+排水的综合治理措施。1）削坡工程以1:0.75-1:1的坡率削坡，清除斜坡坡面风化层及破碎物，降低斜坡坡度，减少坡脚应力集中现象，设计削坡单级坡高8.0m，中间留设2.0m宽平台，平台倾向坡外或排水沟，坡率为5%。共削坡38700.6m。2）重力式挡墙设置于坡脚，挡墙外边坡1:0.25，内边坡1:0，墙底坡率0.1:1，墙高4.6-6.2m，顶宽1.0m，底宽2.15-2.55m，基础埋深1.5m，且不得以填土作为持力层。墙体采用M10浆砌片石砌筑，片石强度不低于Mu30。墙身设泄水孔，材料选用孔径110mm的PVC管，外斜5%，最下面的排泄水孔距地面0.1m，泄水孔竖向间距为1.5m，水平间距3.0m，上下左右交错呈梅花状布置，并用反滤包包裹。每隔10m设1道变形缝，缝宽30mm，缝中填沥青麻筋、沥青木板或其他有弹性的防水材料，使用1:3水泥砂浆勾缝。墙后回填材料应选择透水性填料，分层回填碾压，压实系数不小于0.95。共修建挡墙924.3m。3）截、排水工程设计排水沟设置于坡间挡墙内侧，距离挡墙边缘500mm，尺寸800mm×800mm，地形平坦处沟底坡率1.5%，其他地段沟底坡率随地形，纵向排水沟沟底坡率与坡比保持一致，以及时排出边坡降水，由M10浆砌片石浇筑。每隔15m设1道变形缝，缝宽30mm，缝中填沥青麻筋、沥青木板或其他有弹性的防水材料，使用1:3水泥砂浆勾缝。共修建截、排水沟758.0m。3.1.2垃圾治理工程治理区垃圾堆积区共9处。根据各区垃圾堆放特征，采用平整、压实、清运、植被恢复等不同的治理方式。

3.2不稳定斜坡2设计方案

设计考虑充分利用勘查区基岩埋深浅的有利条件，同时坡上有坟墓分布，要求尽量以少削坡为原则。根据以上原则设计采用锚索（杆）锚固入稳定坡体内部与格构梁组成的支护体系，增加边坡抗滑力。1）削坡工程以1:0.75-1:0.50的坡率削坡，单级坡高8.0m，中间留设2.0m宽平台，平台采用300mm厚M10浆砌片石护面，平台以5%的坡率倾向坡外或排水沟。削坡工程弃土运至治理Ⅰ区用于植被恢复工程，平均运3距2.2km。本工程削土方量为11960m，平台片石护2面834m。2）锚杆设计锚杆孔径110mm，钢筋采用φ25钢筋（HRB400），梅花形布置，水平倾角20°，锚杆长度9.0m，水平、垂直间距均为3.0m，弯头长度不小于50cm；注浆材料为水泥浆，水泥采用PO42.5MPa普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.6-0.7。注浆压力0.20-0.50MPa，水泥用量不少于25kg/m，并根据试验确定，水泥浆强度不低于M30，孔中每2.0m设对中支架。共设计锚杆151根，总长度1359m。3）预应力锚索采用OVM15锚具、拉力型锚索、3-4束ASTMA416-92标准的高强度低松弛270（1860）级1×7φs15.24mm钢绞线，钢绞线的抗拉强度标准值Rby≥1860MPa，截面积A=140mm，最小延伸率δ≥3.5%。设计预应力锚索的水平间距为3.0m，竖向间距为3.0m，水平倾角20°，锚索长度为12-20m，锚固8-10m，锚固体直径为130mm，注浆材料为水泥浆，水泥材料为PO42.5MPa普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为0.6-0.7，水泥用量不少于35kg/m，水泥浆强度不低于M30。锚头采用钢板进行固定并施工预应力，同时整浇于面层中。共设计锚索336根，总长度5258m。4）格构梁格构梁截面为350mm×350mm，C25混凝土浇筑。横梁、竖肋节点处预留锚杆（索）孔。格构梁内铺砌预制C25混凝土空心六棱砖，边长×厚×边宽为150×60×40mm，砖间植草。每级边坡坡脚采用高1500mm，厚300mmM10浆砌片石护脚。格构梁C25混3凝土用量共580.0m，M10浆砌片石护脚墙长521.0m，六棱砖2505块。5）截、排水工程截水沟设置于坡顶，过水截面为矩形，尺寸为800mm×800mm，地形平坦处沟底坡率1.5%，其他地段沟底坡率随地形。坡脚设置排水沟，过水截面尺寸800mm×800mm；平台排水沟截面尺寸为400mm×400mm，矩形。横向排水沟沟底坡率1.5%，纵向排水采用急流槽，槽宽1.4m，壁厚0.3m，每2m设1道防滑台阶，台阶下底1m宽，过水断面宽0.8m，高0.8m，沟底坡率与坡比保持一致，以及时排出边坡降水，由M10浆砌片石浇筑。横纵排水交叉点设置消能池，池长2m，宽1.8m，高1.1m，壁厚0.3m，每隔15m设1道变形缝，缝宽30mm，缝中填沥青麻筋、沥青木板或其他有弹性的防水材料，使用1:3水泥砂浆勾缝。共修建截、排水沟710.0m，急流槽80.0m，消能池8个。

4方案对比分析

不稳定斜坡1为岩质斜坡，不稳定斜坡2为土岩斜坡，在目前地质环境条件下，处于基本稳定状态，在降水、地震作用下，不稳定斜坡1和2整体处于欠稳定—基本稳定状态。因受风化影响大，不稳定斜坡1坡度陡，岩体卸荷裂隙发育，潜在破坏形式为沿节理面的浅层崩塌。同时，岩体易受风化作用出现坡面块石掉落，设计应针对清除危岩体（削坡工程），阻止崩塌体掉落（重力式挡墙工程），同时阻断降水不利因素的影响（截、排水工程），[4]最后美化环境（垃圾治理工程）。不稳定斜坡2土岩斜坡潜在破坏模式有两种：模式一为上覆土层沿基岩顶面发生整体滑动；模式二为均质土层内部发生圆弧形滑动。另外，粉土层结构松散，易受降水冲刷形成坡面冲沟，坡脚冲蚀，在一定程度上影响边坡体的稳定性。设计应主要侧重土体的稳固性（削坡工程、锚杆工程、预应力锚索工程、格构梁工程），同时阻断降水不利因素的影响（截、排水工程）。根据稳定性分析结果及边坡破坏模式对边坡采取治理防护措施，确保两处不稳定斜坡1、2坡面稳定。

5总结

综上所述，我国矿区分布广泛，部分矿区的地质环境复杂。即使在相距不远同一矿区的两地块，地质环境条件也可能出现较大差异，针对不同不稳定斜坡岩性、走向、坡度、形态等差异，制定相应的治理措施，才能使后续的治理工程更加经济合理。

参考文献：

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[2]汤晶,王晓旭.某病害高边坡成因机理及综合治理方案研究[J].土工基础,2022,36(3):360-364.

[3]陈星星.某岩石高边坡支护结构变形破坏分析及治理措施[J].中国水运,2022(6):158-160.

[4]许蛟,蔡佳君.水工环地质灾害危险性评估的策略研究[J].低碳世界,2019,9(6):76-77.

作者：刘立捷 单位：山西省地质工程勘察院有限公司