礦山井下采空區(qū)對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響分析

房永健

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西 鷹潭 335000）

隨著井下和露天采礦過程的改變，礦山井下采空區(qū)對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，許多科研人員對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的研究。利用極限平衡分析和數(shù)值模擬、限制柱的代表性分析和計(jì)算均值作為驗(yàn)證穩(wěn)定性分析的方法，對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性施工進(jìn)行指導(dǎo)。同時(shí)考慮到礦井采空區(qū)的位置和跨度不同，對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響各不相同。本文根據(jù)各種不同的位置，包括露天礦邊坡模型、跨越各種地下礦井采空區(qū)，對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成較大影響，希望能夠有效提升露天礦邊坡穩(wěn)定性，保障施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。

1 強(qiáng)度折減法原理

強(qiáng)度折減法的概念是強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)的基礎(chǔ)，在安全系數(shù)和穩(wěn)定極限平衡法確定的方法中給出的概念是相同的。在使用強(qiáng)度折減法的情況下，其中外部荷載由露天礦邊坡的強(qiáng)度參數(shù)保持不變，以減少巖體流動(dòng)，穩(wěn)定露天礦邊坡，使邊坡處于平衡狀態(tài)。露天邊坡體最大剪切強(qiáng)度的比值參數(shù)在極限平衡狀態(tài)下降低，基本原理是巖體強(qiáng)度指數(shù)c，同時(shí)除以減少因子F和一個(gè)新的集合，然后形成一個(gè)新的材料參數(shù)制作成電子表格。如果露天礦的坡度符合確定臨界斷層條件的給定條件，則相應(yīng)的f是露天礦坡度的最小安全系數(shù)。

2 礦山井下采空區(qū)的位置和跨度對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響因素

2.1 計(jì)算模型和邊界條件

為了研究露天礦山中心不同位置的地下礦采空區(qū)，對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響，建立露天礦底部的土壤和露天礦邊坡的參考數(shù)值。對(duì)于露天礦坡位分別為4m、6m、8m、10m和12 m，除了建立地下礦采空區(qū)固定模型外，其中水平位置尺寸不同，相當(dāng)于地下礦采空區(qū)平均高度這是5m。所有型號(hào)的露天礦坡度高度為60m，露天礦坡度角度為50°。

計(jì)算模型邊界條件：地表礦山邊坡的所有自由度都受到限制，左邊的自由度露天邊坡邊界在水平方向上的邊界限制，垂直于地表礦山邊坡的橫截面方向。采用的邊坡材料為模型，密度為27×103N / m3，彈性模量為1.0×1010Pa，泊松比為0.23，附著力為0.42×105Pa，內(nèi)摩擦角為17°，抗拉強(qiáng)度為0.05MPa。該模型分為6750個(gè)單元，生成14012個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.2 礦山井下采空區(qū)不同水平位置對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響

地下礦采空區(qū)在露天礦邊坡處達(dá)到同一水平，但開采的地下室區(qū)域與露天礦坡對(duì)面的距離不同，其露天礦邊坡穩(wěn)定性影響也不同。在露天礦邊坡地下采空區(qū)中部，隨著地下礦露天采場(chǎng)區(qū)域從邊坡表面逐漸增大，安全系數(shù)增加，露天邊坡的工藝處理也在增加。地下礦露天采空區(qū)與露天礦坡面處于同一水平，但距邊坡的距離不同，其露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響也不同[2,3]。

2.3 露天礦邊坡的特點(diǎn)

（1）在露天開采中，邊坡通常較高，從幾十米到幾百米，幾百米到幾公里不等。具有長(zhǎng)時(shí)間破碎、完整性差、巖體低的特點(diǎn)。

（2）露天礦的最后一個(gè)邊坡從上到下逐漸形成，上邊坡壽命長(zhǎng)，下邊坡壽命短，因此上下邊坡的穩(wěn)定性不同且時(shí)間緊迫。

（3）露天礦的頻繁穿孔、爆破，使山坡上的質(zhì)量受到頻繁振動(dòng)的影響。

（4）邊坡與露天礦一起形成，其穩(wěn)定性不斷變化。

例如白石湖露天煤礦的邊坡為巖質(zhì)邊坡，坡度為70°，階梯高度為12 m。隨著礦坑邊界的擴(kuò)大，煤礦周圍出現(xiàn)了不同長(zhǎng)度的裂縫，特別是在第二礦區(qū)的東部。在桅桿附近，甚至有寬度超過10cm的裂縫。長(zhǎng)度延伸至南部，最長(zhǎng)100m。礦區(qū)南部邊界發(fā)生過小型滑坡。

3 綜合分析礦山井下采空區(qū)對(duì)露天礦穩(wěn)定性的影響

礦山井下采空區(qū)對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響與采場(chǎng)滑坡面和露天礦邊坡的相對(duì)位置有關(guān)。

（1）當(dāng)?shù)V山井下采空區(qū)在露天礦邊坡下端時(shí)，當(dāng)距離地下采空區(qū)并懸掛在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，不同大小和地下采空區(qū)水平位置減小了露天邊坡降低安全系數(shù)，當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)位于地表采礦邊坡以上時(shí)，露天礦邊坡穩(wěn)定，無(wú)沖擊。當(dāng)?shù)V山井下采空區(qū)位于露天礦邊坡中間位置時(shí)，對(duì)于邊坡來(lái)說(shuō)，滑動(dòng)面不能過大，根據(jù)地下礦山拋物線的存在減少質(zhì)量，從而滑動(dòng)體上推力的各自滑動(dòng)面減小，露天礦邊坡安全系數(shù)增加。當(dāng)跨越較大的地下礦區(qū)時(shí)，露天坡體重較小，會(huì)增加露天礦傾斜度的穩(wěn)定性。如果礦井采空井超過滑動(dòng)面，則地下采礦攤鋪的存在對(duì)應(yīng)于滑道厚度的減小，滑動(dòng)阻力各自的滑動(dòng)面強(qiáng)度折減法，露天礦傾角的安全系數(shù)降低，地下礦山的跨度越大，推力的滑動(dòng)面可以減小，露天礦邊坡的穩(wěn)定性會(huì)下降。

（2）當(dāng)?shù)V山井下采空區(qū)位于露天礦邊坡采空區(qū)中間位置時(shí)，露天礦邊坡將隨著地下采空區(qū)水平位置的變化而變化。地下采空區(qū)的塑性區(qū)與邊坡的距離增加，如果露天傾斜在頂部，則塑性區(qū)與地下采空區(qū)水平距離較近，在露天礦邊界處增加平衡狀態(tài)時(shí)，露天邊坡塑性帶導(dǎo)致滑帶加寬將繼續(xù)擴(kuò)大。如果露天礦梯度保持平衡，塑性區(qū)邊坡露天開采將繼續(xù)擴(kuò)大，無(wú)論露天礦中間或上部位于采空區(qū)附近。如果需要繼續(xù)開采，那么露天礦傾斜度越大，對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響就越嚴(yán)重。

（3）如果礦山井下采空區(qū)位于露天礦邊坡腳下時(shí)，礦山井下采空區(qū)對(duì)于露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響取決于其在露天礦坡腳的相對(duì)位置。隨著采空區(qū)礦區(qū)靠近露天礦邊坡，露天礦邊坡的穩(wěn)定性顯著降低，滑坡體積也增加，露天邊坡的安全問題也就隨之增加。在礦山井下采空區(qū)一定程度上影響了水平位置的露天坡邊坡，露天礦邊坡穩(wěn)定性有一定程度的增加，但地下礦采空區(qū)容易發(fā)生頂部破壞，造成露天坑。邊坡體的滑動(dòng)力減小，從而降低了露天礦邊坡的安全系數(shù)。

4 加強(qiáng)礦山井下采空區(qū)的調(diào)查研究，減小對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響

在開采露天礦期間，隨著挖掘工作的進(jìn)展，邊坡穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于礦山井下采空區(qū)來(lái)說(shuō)，有些驅(qū)動(dòng)因素在短期內(nèi)很難準(zhǔn)確估算，并且有些因素難以量化。為避免邊坡事故并減少或控制邊坡?lián)p壞的嚴(yán)重后果，可采取以下措施：加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查。礦山井下采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查是邊坡穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，包括巖石開采類型、石材表面結(jié)構(gòu)、水力勘探、自然側(cè)等。用于減小邊坡的措施，例如邊坡的減小和壓腳的重量減輕，用于抑制滑坡的進(jìn)一步發(fā)生和發(fā)展。跑道的重量減輕是控制跑道穩(wěn)定性的有效措施；在邊坡下坡采用加固支護(hù)工程，如防滑樁、擋土墻和灌漿等。從山坡排出地下水，降低邊坡的地下水位。在采礦過程中適當(dāng)選擇爆破方法，采取措施減少和防止施工和運(yùn)輸過程中的地震，減少振動(dòng)對(duì)邊坡的影響；加強(qiáng)國(guó)家對(duì)差距的調(diào)查和監(jiān)測(cè)，建立有效的差距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和梯度條件參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。測(cè)量員每天分析和校正測(cè)量的坐標(biāo)以確定所選擇的控制點(diǎn)是否偏移；加強(qiáng)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理礦井安全培訓(xùn)，加大對(duì)礦山人員培訓(xùn)力度，同時(shí)加大礦山安全技術(shù)和管理人員安全培訓(xùn)力度，建立專門的邊坡修整隊(duì)伍，建立相應(yīng)的安全法規(guī)，實(shí)施安全生產(chǎn)責(zé)任制。

5 結(jié)論

綜上所述，礦山井下采空區(qū)對(duì)于露天礦邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響，必須不斷提高礦山井下采空區(qū)的研究力度，促進(jìn)我國(guó)能源開采的效率和質(zhì)量不斷得到提升。滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，在保障人員生命財(cái)產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，有效保障社會(huì)生產(chǎn)和發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。