露天礦滑坡對臨近井下巷道的影響及對策

章海象

(紫金礦業集團股份有限公司， 福建 廈門市 361016)

0 引言

某金礦是一個生產多年的坑露聯合開采大型礦山。由于種種原因，露天采場南部邊坡與井下工程巷道距離非常近，從而導致了露天邊坡工程和井下巷道之間相互干擾。2015 年5 月24 日該露天采場南部邊坡大滑坡，引發了井下490 m 分段下盤脈外巷與分段聯絡道垮塌，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期安全與穩定，有必要對滑坡影響范圍內的該段巷道進行加固。與此同時，需采取切實可行的措施阻止露天南部失穩邊坡的進一步滑塌，以免加劇對臨近井下巷道的影響與破壞。

1 工程概況

該金礦按120 萬t/a 坑露并采的規模設計、建設。露天礦開采范圍為450 m 標高以上礦段，采用常規的公路開拓運輸系統。最終坑底標高為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，安全平臺寬度為4～8 m，清掃平臺寬度為8～12 m。地下礦山開采礦范圍為露天坑外525 m 至深部所有可采礦產資源區域。開拓方案采用中間主斜坡道全無軌開拓方式，采礦方法為上向水平分層進路式膠結充填采礦法。主斜坡道采用折返式布置于礦體下盤，掘進斷面為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 設一聯絡道與各中段或分段巷道相連。

由于種種原因，露天采場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。露天采場南部邊坡與井下工程巷道相對位置如圖1 所示。從圖1 可以看出，490 m 下盤脈外巷距露天采場南部邊坡僅有10.3～17.1 m。

圖1 露天采場南部邊坡與井下工程巷道相對位置

2 地質條件

礦區可劃分為3 個工程地質巖組，即松散巖組，砂巖夾粘土巖半堅硬—軟弱巖組和粘土巖夾砂巖半堅硬—軟弱巖組。主要由砂巖夾粘土巖半堅硬—軟弱巖組組成，砂巖薄至中厚層，半堅硬，抗風化性強，但因受構造強烈擠壓作用，完整性受到破壞，強度降低。粘土巖質軟強度低，抗水抗風化性弱，在強烈構造作用下強度更低，是影響邊坡穩定性的主要因素。

運用國際通用的巖體質量分級方法RMR 法和Q 系統分級方法，對地下礦巖體質量進行分級。結果表明：砂巖屬Ⅲ類巖石，質量中等；砂巖夾粘土巖、粘土巖夾砂巖及粘土巖巖體屬Ⅳ類巖石，質量均為差。井下開采頂底板圍巖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]。

礦區斷裂褶皺發育，地層支離破碎，產狀局部直立甚至倒轉。斷裂帶破碎嚴重，透鏡體發育，泥質充填，為碎裂結構，碎屑巖風化裂隙水沿斷裂破碎帶滲透，使粘土巖軟化與泥化而易垮塌。F3控礦斷裂上盤（頂板）巖層產狀與斷裂產狀一致，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）巖層產狀變化較大，當開采巷道經過緩傾或水平巖層時，頂拱極易垮塌。

3 南部邊坡滑坡對臨近井下巷道的影響與破壞

2015 年4 月露天采礦結束，該金礦全部轉為地下開采。2015 年5 月24 日，南部邊坡發生大型塌方，塌方從南部運輸道路560 m 標高起一直到露天坑底450 m 水平，垂直高度為110 m。滑體從東到西長約150 m，滑動面深入邊坡約25 m，如圖2 所示。該滑坡是由層理控制的巖體滑移，后緣及兩側的破裂面由層理、橫切節理及斷裂的巖橋形成，滑坡呈剪切及拉斷的破壞形式。滑坡誘因是大量降雨。

圖2 露天采場南部邊坡滑坡情況

由于井下掘進主斜坡道、分段聯絡道、下盤脈外道，以及530 m、510 m、490 m、470 m 分段開采時對巖體的應力場造成了擾動，采動結束一段時間后應力達到一個新的平衡。在地下井巷存在的基礎上進行露天開采（四期擴幫），對巖體造成了二次擾動。它對位于兩者之間的巖體穩定性的影響既不同于單一的露天開采，又不同于單一的地下開采[2]。露天礦不斷進行爆破作業，臨近井采巷道圍巖遭受了反復擾動，巖體完整性降低。當臨近露天邊坡滑坡時，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 分段長約120 m 的脈外巷垮塌，490 m 分段聯絡道大部分垮塌；布設在490 m 脈外巷的為露天采坑排水水泵供電的電纜與490 風機電纜被掩埋。

與此同時，主斜坡道480～500 m 段的頂板、北部邊墻出現多條寬大裂縫及大量涌水；布設在主斜坡道內井下的六大系統主網絡線路中斷。

4 應對措施

針對露天南部邊坡大滑坡引發的臨近巷道的破壞及造成的不良影響，根據澳大利亞著名力學專家Peter O’Bryan 的建議及現場實際情況，參考金礦之前的巷道返修、失穩邊坡治理經驗，提出了露天與井下聯合行動、綜合治理的方案，并在露天、井下同時實施。

4.1 露天措施

控制南部邊坡失穩向邊坡深部與上部發展是保護主斜坡道480～500 m 段需要首先解決的問題。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定性[3?4]。

根據澳大利亞著名力學專家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]，而實際施工過程中，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、左右及邊坡內部發展。

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了大量深大裂縫，特別是在南部運輸道路上及該道路以上的臺階坡面上，裂縫長達數十米，深3～5 m，寬達0.4 m。為了防止雨水通過裂縫入滲而使邊坡向縱深發展，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

在南部運輸道路上修建了一條橫向截水溝，把雨水及運輸道路上方坡面滲水截住，引導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+樹脂錨桿+長錨索對主斜坡道480～500 m 段進行了加固。具體加固方案為：底板1 m 以上整個斷面掛網，全斷面噴漿150 mm，安裝樹脂錨桿（錨桿長2.4 m，間距1.25～1.5 m，排距1.5 m，見圖3（b）），然后安裝長錨索（錨索長6 m，間距1.3～1.5 m，排距3 m，視圍巖破壞程度，每排3～5 根長錨索，見圖3（c）、圖3（d）），接著打泄水孔（每排5 個孔，孔徑35 mm，孔深1 m，排距1.5 m，見圖3（a））。再次全斷面噴漿，厚度為100 mm，最后用管縫式錨桿掛網覆蓋底板1 m 以上整個斷面。

圖3 主斜坡道480～500 m 段加固方案（單位：mm）

4.2.2 空區充填

對490 m 分段聯絡道、490 m 下盤脈外巷西段采用灰砂比為1:4 的充填料漿進行充填，防止巷道垮塌向主斜坡道及西部擴展，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 南部失穩邊坡位移速度明顯減緩

露天礦從2013 年6 月開始使用IBIS-M 雷達對邊坡穩定性進行監測，根據長期監測數據顯示，采取壓腳回填后，南部失穩邊坡雖然仍在移動，但位移量、變形速度很小。圖5 為南部失穩邊坡2018年8 月19 日至2019 年3 月18 日的變形監測數據，從圖5 可以看出，近7 個月的時間內失穩區域的平均位移只有6.5 mm，由此計算出來的邊坡巖體平均滑移速度為1.23 μm/h。而2015 年5 月24 日南部大滑坡發生前的一兩個小時，雷達監測到的南部邊坡平均位移速度超過10 mm/h。

圖5 南部邊坡失穩區域位移

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 個剖面。每個剖面的頂板與兩幫分別安裝了1 個棱鏡，共18個。用全站儀定期對這些棱鏡坐標進行測量，兩次測量數據之間的差值就是巷道圍巖的變形量。變形監測結果如圖6 所示。從圖6 可以看出，四年多來，主斜坡道480～500 m 段變形很小，最大值也只有7 mm，說明該段巷道處于穩定狀態。

圖6 主斜坡道480～500 m 段變形監測結果

5 結論

（1）該金礦井下490 m 分段聯絡道、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發生，而且這些井巷與露天南部失穩邊坡相距較近，可以認為這些井巷工程的破壞是由露天南部邊坡大滑坡引發的。

（2）采取露天壓腳回填、裂縫灌漿、地表水截排及井下錨索網噴漿加固與空區充填等聯合治理措施，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期穩定與安全。