露天矿滑坡对临近井下巷道的影响及对策

章海象

(紫金矿业集团股份有限公司， 福建 厦门市 361016)

0 引言

某金矿是一个生产多年的坑露联合开采大型矿山。由于种种原因，露天采场南部边坡与井下工程巷道距离非常近，从而导致了露天边坡工程和井下巷道之间相互干扰。2015 年5 月24 日该露天采场南部边坡大滑坡，引发了井下490 m 分段下盘脉外巷与分段联络道垮塌，以及主斜坡道480～500 m段一定程度的破坏。为了保障主斜坡道的长期安全与稳定，有必要对滑坡影响范围内的该段巷道进行加固。与此同时，需采取切实可行的措施阻止露天南部失稳边坡的进一步滑塌，以免加剧对临近井下巷道的影响与破坏。

1 工程概况

该金矿按120 万t/a 坑露并采的规模设计、建设。露天矿开采范围为450 m 标高以上矿段，采用常规的公路开拓运输系统。最终坑底标高为450 m，露天采坑边坡角在36.4°～41.5°范围，阶段高度为10 m 或20 m，安全平台宽度为4～8 m，清扫平台宽度为8～12 m。地下矿山开采矿范围为露天坑外525 m 至深部所有可采矿产资源区域。开拓方案采用中间主斜坡道全无轨开拓方式，采矿方法为上向水平分层进路式胶结充填采矿法。主斜坡道采用折返式布置于矿体下盘，掘进断面为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 设一联络道与各中段或分段巷道相连。

由于种种原因，露天采场南部边坡与井下工程巷道距离非常近，490 m 下盘脉外巷与南部边坡走向夹角只有8°，两者近乎平行。露天采场南部边坡与井下工程巷道相对位置如图1 所示。从图1 可以看出，490 m 下盘脉外巷距露天采场南部边坡仅有10.3～17.1 m。

图1 露天采场南部边坡与井下工程巷道相对位置

2 地质条件

矿区可划分为3 个工程地质岩组，即松散岩组，砂岩夹粘土岩半坚硬—软弱岩组和粘土岩夹砂岩半坚硬—软弱岩组。主要由砂岩夹粘土岩半坚硬—软弱岩组组成，砂岩薄至中厚层，半坚硬，抗风化性强，但因受构造强烈挤压作用，完整性受到破坏，强度降低。粘土岩质软强度低，抗水抗风化性弱，在强烈构造作用下强度更低，是影响边坡稳定性的主要因素。

运用国际通用的岩体质量分级方法RMR 法和Q 系统分级方法，对地下矿岩体质量进行分级。结果表明：砂岩属Ⅲ类岩石，质量中等；砂岩夹粘土岩、粘土岩夹砂岩及粘土岩岩体属Ⅳ类岩石，质量均为差。井下开采顶底板围岩以薄至中厚层砂岩与薄层粘土岩为主，粘土岩十分松软破碎，遇水易软化而垮塌[1]。

矿区断裂褶皱发育，地层支离破碎，产状局部直立甚至倒转。断裂带破碎严重，透镜体发育，泥质充填，为碎裂结构，碎屑岩风化裂隙水沿断裂破碎带渗透，使粘土岩软化与泥化而易垮塌。F3控矿断裂上盘（顶板）岩层产状与断裂产状一致，均倾向北东，倾角也随着断裂带的陡缓而变化，一般为45°～70°。F3断裂下盘（底板）岩层产状变化较大，当开采巷道经过缓倾或水平岩层时，顶拱极易垮塌。

3 南部边坡滑坡对临近井下巷道的影响与破坏

2015 年4 月露天采矿结束，该金矿全部转为地下开采。2015 年5 月24 日，南部边坡发生大型塌方，塌方从南部运输道路560 m 标高起一直到露天坑底450 m 水平，垂直高度为110 m。滑体从东到西长约150 m，滑动面深入边坡约25 m，如图2 所示。该滑坡是由层理控制的岩体滑移，后缘及两侧的破裂面由层理、横切节理及断裂的岩桥形成，滑坡呈剪切及拉断的破坏形式。滑坡诱因是大量降雨。

图2 露天采场南部边坡滑坡情况

由于井下掘进主斜坡道、分段联络道、下盘脉外道，以及530 m、510 m、490 m、470 m 分段开采时对岩体的应力场造成了扰动，采动结束一段时间后应力达到一个新的平衡。在地下井巷存在的基础上进行露天开采（四期扩帮），对岩体造成了二次扰动。它对位于两者之间的岩体稳定性的影响既不同于单一的露天开采，又不同于单一的地下开采[2]。露天矿不断进行爆破作业，临近井采巷道围岩遭受了反复扰动，岩体完整性降低。当临近露天边坡滑坡时，地下井巷就极其容易变形与破坏。

受南部边坡大塌方的影响，井下490 m 分段长约120 m 的脉外巷垮塌，490 m 分段联络道大部分垮塌；布设在490 m 脉外巷的为露天采坑排水水泵供电的电缆与490 风机电缆被掩埋。

与此同时，主斜坡道480～500 m 段的顶板、北部边墙出现多条宽大裂缝及大量涌水；布设在主斜坡道内井下的六大系统主网络线路中断。

4 应对措施

针对露天南部边坡大滑坡引发的临近巷道的破坏及造成的不良影响，根据澳大利亚著名力学专家Peter O’Bryan 的建议及现场实际情况，参考金矿之前的巷道返修、失稳边坡治理经验，提出了露天与井下联合行动、综合治理的方案，并在露天、井下同时实施。

4.1 露天措施

控制南部边坡失稳向边坡深部与上部发展是保护主斜坡道480～500 m 段需要首先解决的问题。为此，露天采取了3 方面的措施。

4.1.1 压脚回填

压脚回填是治理边坡变形、失稳的有效方法之一，它不但增加边坡的抗滑力，阻止了边坡位移，而且能显著提高临近井工巷道的稳定性[3−4]。

根据澳大利亚著名力学专家Peter O’Bryan 的建议，该矿用废石把露天采坑底部先回填至470 m水平[5]，而实际施工过程中，随着井下废石不断往露天采坑排放，目前露天采坑底部已经回填至480 m 水平，回填高度30 m。井下废石压住了塌方边坡的坡脚、坡腰，有效阻止了南部边坡塌方向上、左右及边坡内部发展。

4.1.2 裂缝灌浆

南部边坡垮塌前后，滑体与周围完好岩体之间出现了大量深大裂缝，特别是在南部运输道路上及该道路以上的台阶坡面上，裂缝长达数十米，深3～5 m，宽达0.4 m。为了防止雨水通过裂缝入渗而使边坡向纵深发展，向深大裂缝灌注灰砂比为1:4 的充填料浆，直至料浆充满裂缝。

4.1.3 修建截水沟

在南部运输道路上修建了一条横向截水沟，把雨水及运输道路上方坡面渗水截住，引导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

采用喷射混凝土+钢网+树脂锚杆+长锚索对主斜坡道480～500 m 段进行了加固。具体加固方案为：底板1 m 以上整个断面挂网，全断面喷浆150 mm，安装树脂锚杆（锚杆长2.4 m，间距1.25～1.5 m，排距1.5 m，见图3（b）），然后安装长锚索（锚索长6 m，间距1.3～1.5 m，排距3 m，视围岩破坏程度，每排3～5 根长锚索，见图3（c）、图3（d）），接着打泄水孔（每排5 个孔，孔径35 mm，孔深1 m，排距1.5 m，见图3（a））。再次全断面喷浆，厚度为100 mm，最后用管缝式锚杆挂网覆盖底板1 m 以上整个断面。

图3 主斜坡道480～500 m 段加固方案（单位：mm）

4.2.2 空区充填

对490 m 分段联络道、490 m 下盘脉外巷西段采用灰砂比为1:4 的充填料浆进行充填，防止巷道垮塌向主斜坡道及西部扩展，如图4 所示。

图4 490 m 下盘沿脉道西段充填

4.3 效果分析

4.3.1 南部失稳边坡位移速度明显减缓

露天矿从2013 年6 月开始使用IBIS-M 雷达对边坡稳定性进行监测，根据长期监测数据显示，采取压脚回填后，南部失稳边坡虽然仍在移动，但位移量、变形速度很小。图5 为南部失稳边坡2018年8 月19 日至2019 年3 月18 日的变形监测数据，从图5 可以看出，近7 个月的时间内失稳区域的平均位移只有6.5 mm，由此计算出来的边坡岩体平均滑移速度为1.23 μm/h。而2015 年5 月24 日南部大滑坡发生前的一两个小时，雷达监测到的南部边坡平均位移速度超过10 mm/h。

图5 南部边坡失稳区域位移

4.3.2 主斜坡道480～500 m 段变形被控制

2015 年11 月，主斜坡道480～500 m 段加固工程完工之后，在该段主斜坡道上布置了6 个剖面。每个剖面的顶板与两帮分别安装了1 个棱镜，共18个。用全站仪定期对这些棱镜坐标进行测量，两次测量数据之间的差值就是巷道围岩的变形量。变形监测结果如图6 所示。从图6 可以看出，四年多来，主斜坡道480～500 m 段变形很小，最大值也只有7 mm，说明该段巷道处于稳定状态。

图6 主斜坡道480～500 m 段变形监测结果

5 结论

（1）该金矿井下490 m 分段联络道、490 m 分段下盘脉外巷的垮塌及主斜坡道480～500 m 段的破坏与露天南部边坡大滑坡差不多同时发生，而且这些井巷与露天南部失稳边坡相距较近，可以认为这些井巷工程的破坏是由露天南部边坡大滑坡引发的。

（2）采取露天压脚回填、裂缝灌浆、地表水截排及井下锚索网喷浆加固与空区充填等联合治理措施，地下矿主斜坡道480～500 m 段的变形得到有效控制，保证了该段巷道的长期稳定与安全。