露天礦滑坡對(duì)臨近井下巷道的影響及對(duì)策

章海象

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 福建 廈門市 361016)

0 引言

某金礦是一個(gè)生產(chǎn)多年的坑露聯(lián)合開(kāi)采大型礦山。由于種種原因，露天采場(chǎng)南部邊坡與井下工程巷道距離非常近，從而導(dǎo)致了露天邊坡工程和井下巷道之間相互干擾。2015 年5 月24 日該露天采場(chǎng)南部邊坡大滑坡，引發(fā)了井下490 m 分段下盤脈外巷與分段聯(lián)絡(luò)道垮塌，以及主斜坡道480～500 m段一定程度的破壞。為了保障主斜坡道的長(zhǎng)期安全與穩(wěn)定，有必要對(duì)滑坡影響范圍內(nèi)的該段巷道進(jìn)行加固。與此同時(shí)，需采取切實(shí)可行的措施阻止露天南部失穩(wěn)邊坡的進(jìn)一步滑塌，以免加劇對(duì)臨近井下巷道的影響與破壞。

1 工程概況

該金礦按120 萬(wàn)t/a 坑露并采的規(guī)模設(shè)計(jì)、建設(shè)。露天礦開(kāi)采范圍為450 m 標(biāo)高以上礦段，采用常規(guī)的公路開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)。最終坑底標(biāo)高為450 m，露天采坑邊坡角在36.4°～41.5°范圍，階段高度為10 m 或20 m，安全平臺(tái)寬度為4～8 m，清掃平臺(tái)寬度為8～12 m。地下礦山開(kāi)采礦范圍為露天坑外525 m 至深部所有可采礦產(chǎn)資源區(qū)域。開(kāi)拓方案采用中間主斜坡道全無(wú)軌開(kāi)拓方式，采礦方法為上向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法。主斜坡道采用折返式布置于礦體下盤，掘進(jìn)斷面為25.73～27.52 m2，按1:7 的坡度比例折返式向下延深，垂直方向上每下降20 m 設(shè)一聯(lián)絡(luò)道與各中段或分段巷道相連。

由于種種原因，露天采場(chǎng)南部邊坡與井下工程巷道距離非常近，490 m 下盤脈外巷與南部邊坡走向夾角只有8°，兩者近乎平行。露天采場(chǎng)南部邊坡與井下工程巷道相對(duì)位置如圖1 所示。從圖1 可以看出，490 m 下盤脈外巷距露天采場(chǎng)南部邊坡僅有10.3～17.1 m。

圖1 露天采場(chǎng)南部邊坡與井下工程巷道相對(duì)位置

2 地質(zhì)條件

礦區(qū)可劃分為3 個(gè)工程地質(zhì)巖組，即松散巖組，砂巖夾粘土巖半堅(jiān)硬—軟弱巖組和粘土巖夾砂巖半堅(jiān)硬—軟弱巖組。主要由砂巖夾粘土巖半堅(jiān)硬—軟弱巖組組成，砂巖薄至中厚層，半堅(jiān)硬，抗風(fēng)化性強(qiáng)，但因受構(gòu)造強(qiáng)烈擠壓作用，完整性受到破壞，強(qiáng)度降低。粘土巖質(zhì)軟強(qiáng)度低，抗水抗風(fēng)化性弱，在強(qiáng)烈構(gòu)造作用下強(qiáng)度更低，是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素。

運(yùn)用國(guó)際通用的巖體質(zhì)量分級(jí)方法RMR 法和Q 系統(tǒng)分級(jí)方法，對(duì)地下礦巖體質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。結(jié)果表明：砂巖屬Ⅲ類巖石，質(zhì)量中等；砂巖夾粘土巖、粘土巖夾砂巖及粘土巖巖體屬Ⅳ類巖石，質(zhì)量均為差。井下開(kāi)采頂?shù)装鍑鷰r以薄至中厚層砂巖與薄層粘土巖為主，粘土巖十分松軟破碎，遇水易軟化而垮塌[1]。

礦區(qū)斷裂褶皺發(fā)育，地層支離破碎，產(chǎn)狀局部直立甚至倒轉(zhuǎn)。斷裂帶破碎嚴(yán)重，透鏡體發(fā)育，泥質(zhì)充填，為碎裂結(jié)構(gòu)，碎屑巖風(fēng)化裂隙水沿?cái)嗔哑扑閹B透，使粘土巖軟化與泥化而易垮塌。F3控礦斷裂上盤（頂板）巖層產(chǎn)狀與斷裂產(chǎn)狀一致，均傾向北東，傾角也隨著斷裂帶的陡緩而變化，一般為45°～70°。F3斷裂下盤（底板）巖層產(chǎn)狀變化較大，當(dāng)開(kāi)采巷道經(jīng)過(guò)緩傾或水平巖層時(shí)，頂拱極易垮塌。

3 南部邊坡滑坡對(duì)臨近井下巷道的影響與破壞

2015 年4 月露天采礦結(jié)束，該金礦全部轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采。2015 年5 月24 日，南部邊坡發(fā)生大型塌方，塌方從南部運(yùn)輸?shù)缆?60 m 標(biāo)高起一直到露天坑底450 m 水平，垂直高度為110 m?；w從東到西長(zhǎng)約150 m，滑動(dòng)面深入邊坡約25 m，如圖2 所示。該滑坡是由層理控制的巖體滑移，后緣及兩側(cè)的破裂面由層理、橫切節(jié)理及斷裂的巖橋形成，滑坡呈剪切及拉斷的破壞形式?；抡T因是大量降雨。

圖2 露天采場(chǎng)南部邊坡滑坡情況

由于井下掘進(jìn)主斜坡道、分段聯(lián)絡(luò)道、下盤脈外道，以及530 m、510 m、490 m、470 m 分段開(kāi)采時(shí)對(duì)巖體的應(yīng)力場(chǎng)造成了擾動(dòng)，采動(dòng)結(jié)束一段時(shí)間后應(yīng)力達(dá)到一個(gè)新的平衡。在地下井巷存在的基礎(chǔ)上進(jìn)行露天開(kāi)采（四期擴(kuò)幫），對(duì)巖體造成了二次擾動(dòng)。它對(duì)位于兩者之間的巖體穩(wěn)定性的影響既不同于單一的露天開(kāi)采，又不同于單一的地下開(kāi)采[2]。露天礦不斷進(jìn)行爆破作業(yè)，臨近井采巷道圍巖遭受了反復(fù)擾動(dòng)，巖體完整性降低。當(dāng)臨近露天邊坡滑坡時(shí)，地下井巷就極其容易變形與破壞。

受南部邊坡大塌方的影響，井下490 m 分段長(zhǎng)約120 m 的脈外巷垮塌，490 m 分段聯(lián)絡(luò)道大部分垮塌；布設(shè)在490 m 脈外巷的為露天采坑排水水泵供電的電纜與490 風(fēng)機(jī)電纜被掩埋。

與此同時(shí)，主斜坡道480～500 m 段的頂板、北部邊墻出現(xiàn)多條寬大裂縫及大量涌水；布設(shè)在主斜坡道內(nèi)井下的六大系統(tǒng)主網(wǎng)絡(luò)線路中斷。

4 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)露天南部邊坡大滑坡引發(fā)的臨近巷道的破壞及造成的不良影響，根據(jù)澳大利亞著名力學(xué)專家Peter O’Bryan 的建議及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，參考金礦之前的巷道返修、失穩(wěn)邊坡治理經(jīng)驗(yàn)，提出了露天與井下聯(lián)合行動(dòng)、綜合治理的方案，并在露天、井下同時(shí)實(shí)施。

4.1 露天措施

控制南部邊坡失穩(wěn)向邊坡深部與上部發(fā)展是保護(hù)主斜坡道480～500 m 段需要首先解決的問(wèn)題。為此，露天采取了3 方面的措施。

4.1.1 壓腳回填

壓腳回填是治理邊坡變形、失穩(wěn)的有效方法之一，它不但增加邊坡的抗滑力，阻止了邊坡位移，而且能顯著提高臨近井工巷道的穩(wěn)定性[3?4]。

根據(jù)澳大利亞著名力學(xué)專家Peter O’Bryan 的建議，該礦用廢石把露天采坑底部先回填至470 m水平[5]，而實(shí)際施工過(guò)程中，隨著井下廢石不斷往露天采坑排放，目前露天采坑底部已經(jīng)回填至480 m 水平，回填高度30 m。井下廢石壓住了塌方邊坡的坡腳、坡腰，有效阻止了南部邊坡塌方向上、左右及邊坡內(nèi)部發(fā)展。

4.1.2 裂縫灌漿

南部邊坡垮塌前后，滑體與周圍完好巖體之間出現(xiàn)了大量深大裂縫，特別是在南部運(yùn)輸?shù)缆飞霞霸摰缆芬陨系呐_(tái)階坡面上，裂縫長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米，深3～5 m，寬達(dá)0.4 m。為了防止雨水通過(guò)裂縫入滲而使邊坡向縱深發(fā)展，向深大裂縫灌注灰砂比為1:4 的充填料漿，直至料漿充滿裂縫。

4.1.3 修建截水溝

在南部運(yùn)輸?shù)缆飞闲藿艘粭l橫向截水溝，把雨水及運(yùn)輸?shù)缆飞戏狡旅鏉B水截住，引導(dǎo)至露天坑底后用水泵排出。

4.2 井下措施

4.2.1 主斜坡道480～500 m 段加固

采用噴射混凝土+鋼網(wǎng)+樹(shù)脂錨桿+長(zhǎng)錨索對(duì)主斜坡道480～500 m 段進(jìn)行了加固。具體加固方案為：底板1 m 以上整個(gè)斷面掛網(wǎng)，全斷面噴漿150 mm，安裝樹(shù)脂錨桿（錨桿長(zhǎng)2.4 m，間距1.25～1.5 m，排距1.5 m，見(jiàn)圖3（b）），然后安裝長(zhǎng)錨索（錨索長(zhǎng)6 m，間距1.3～1.5 m，排距3 m，視圍巖破壞程度，每排3～5 根長(zhǎng)錨索，見(jiàn)圖3（c）、圖3（d）），接著打泄水孔（每排5 個(gè)孔，孔徑35 mm，孔深1 m，排距1.5 m，見(jiàn)圖3（a））。再次全斷面噴漿，厚度為100 mm，最后用管縫式錨桿掛網(wǎng)覆蓋底板1 m 以上整個(gè)斷面。

圖3 主斜坡道480～500 m 段加固方案（單位：mm）

4.2.2 空區(qū)充填

對(duì)490 m 分段聯(lián)絡(luò)道、490 m 下盤脈外巷西段采用灰砂比為1:4 的充填料漿進(jìn)行充填，防止巷道垮塌向主斜坡道及西部擴(kuò)展，如圖4 所示。

圖4 490 m 下盤沿脈道西段充填

4.3 效果分析

4.3.1 南部失穩(wěn)邊坡位移速度明顯減緩

露天礦從2013 年6 月開(kāi)始使用IBIS-M 雷達(dá)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采取壓腳回填后，南部失穩(wěn)邊坡雖然仍在移動(dòng)，但位移量、變形速度很小。圖5 為南部失穩(wěn)邊坡2018年8 月19 日至2019 年3 月18 日的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從圖5 可以看出，近7 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)失穩(wěn)區(qū)域的平均位移只有6.5 mm，由此計(jì)算出來(lái)的邊坡巖體平均滑移速度為1.23 μm/h。而2015 年5 月24 日南部大滑坡發(fā)生前的一兩個(gè)小時(shí)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的南部邊坡平均位移速度超過(guò)10 mm/h。

圖5 南部邊坡失穩(wěn)區(qū)域位移

4.3.2 主斜坡道480～500 m 段變形被控制

2015 年11 月，主斜坡道480～500 m 段加固工程完工之后，在該段主斜坡道上布置了6 個(gè)剖面。每個(gè)剖面的頂板與兩幫分別安裝了1 個(gè)棱鏡，共18個(gè)。用全站儀定期對(duì)這些棱鏡坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，兩次測(cè)量數(shù)據(jù)之間的差值就是巷道圍巖的變形量。變形監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6 所示。從圖6 可以看出，四年多來(lái)，主斜坡道480～500 m 段變形很小，最大值也只有7 mm，說(shuō)明該段巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 主斜坡道480～500 m 段變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

（1）該金礦井下490 m 分段聯(lián)絡(luò)道、490 m 分段下盤脈外巷的垮塌及主斜坡道480～500 m 段的破壞與露天南部邊坡大滑坡差不多同時(shí)發(fā)生，而且這些井巷與露天南部失穩(wěn)邊坡相距較近，可以認(rèn)為這些井巷工程的破壞是由露天南部邊坡大滑坡引發(fā)的。

（2）采取露天壓腳回填、裂縫灌漿、地表水截排及井下錨索網(wǎng)噴漿加固與空區(qū)充填等聯(lián)合治理措施，地下礦主斜坡道480～500 m 段的變形得到有效控制，保證了該段巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定與安全。