段村鋁土礦煤窯溝露天采坑治理研究

李俊超，劉朝偉，高 峰

(1.河南邦泰合力管理咨詢有限公司，鄭州 450000； 2.中鋁中州礦業(yè)有限公司，河南 焦作 454174)

河南省鋁土礦賦存條件復(fù)雜，礦體形態(tài)與古巖溶侵蝕面有著密切的關(guān)系，呈層狀-似層狀、透鏡狀(扁豆?fàn)?、溶斗狀等[1]。自上世紀(jì)70年代中期開始，由于民采的影響，形成了大量的露天礦坑，基本上沒有治理，邊坡未留設(shè)臺(tái)階。煤窯溝露天采坑位于中鋁段村鋁土礦礦區(qū)中部偏西北位置，為原民采開采形成，老采坑北部邊坡上部已經(jīng)出現(xiàn)垮塌，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件及時(shí)處理。

1 煤窯溝露天采坑現(xiàn)狀

煤窯溝露天采坑位于段村2號(hào)罐籠井南部，緊鄰段村2號(hào)罐籠井工業(yè)場(chǎng)地。煤窯溝老采坑?xùn)|北部臨近S314省道及2號(hào)罐籠井進(jìn)礦道路，距離S314最近距離34 m，距離2號(hào)罐籠井進(jìn)礦道路最近距離24 m。

煤窯溝老采坑呈西北東南走向，東西長681 m，南北寬140～331 m，平面面積132 380 m2。老采坑西北部平均標(biāo)高為+580 m，東南部最低處位于東南部凹陷坑，坑內(nèi)有積水，位于北部邊坡最底部，標(biāo)高+548.89 m。東部、西部之間的中間位置較高，標(biāo)高為+602.96 m，與西部形成一個(gè)臺(tái)階，與東部呈緩坡至凹陷坑底。

目前，老采坑南、北部邊坡均出現(xiàn)不同程度的滑坡現(xiàn)象。北部邊坡臨近S314省道及段村2號(hào)罐籠井進(jìn)礦道路，滑坡已經(jīng)徹底破壞了原有進(jìn)礦道路，同時(shí)新建投入使用的進(jìn)礦道路(臨近原進(jìn)礦道路)及排水溝也已經(jīng)大范圍出現(xiàn)裂縫，現(xiàn)有裂縫、滑坡有繼續(xù)向北部發(fā)展的趨勢(shì)。北部邊坡坡頂距離S314路基最近距離僅有34 m，距離S314省道最近的裂縫為5 m，已經(jīng)對(duì)S314省道構(gòu)成了威脅(圖1～4)。

圖1 煤窯溝老采坑Fig.1 Meiyaogou old open pit

圖2 北部邊坡滑坡Fig.2 Landslide of north slope

圖3 老運(yùn)輸?shù)缆稦ig.3 Old haulage road

圖4 運(yùn)輸?shù)缆妨芽pFig.4 Crack of haulage road

2 邊坡滑坡機(jī)理

2.1 巖體條件

煤窯溝露天采坑北坡巖層傾向基本與邊坡傾向相同，構(gòu)成該邊坡的巖石主要是奧陶系的灰?guī)r(C2b1的鐵質(zhì)頁巖不宜作為邊坡上的裸露巖石，應(yīng)該鏟除)及上覆的第三系礫巖和第四系的松散層。奧陶系灰?guī)r，大多傾向南或南偏西，傾角23°～29°，是本區(qū)相對(duì)堅(jiān)硬及較穩(wěn)固的巖組。但是，由于長期出露地表或近地表，風(fēng)化程度較高，裂隙發(fā)育，當(dāng)邊坡傾角大于它的傾角時(shí)，在裂隙和地表水的作用下，將會(huì)產(chǎn)生塊狀垮塌、滑落等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。

煤窯溝老采坑南坡巖層產(chǎn)狀傾向南或南偏西，傾角30°左右，它與邊坡傾向基本相反。組成該坡的巖石層位齊全，巖性復(fù)雜，大小軟弱層及結(jié)構(gòu)面盡囊括其中。該處山頂、山腳局部有冰積泥卵石存在，結(jié)合能力很差，呈松散狀，極易滾落。另外，因構(gòu)成邊坡的巖石以各類頁巖為主，極易風(fēng)化，風(fēng)化后常呈碎屑狀，在雨水的作用下，易產(chǎn)生泥石流。

煤窯溝露天采坑南部為山嶺，南部邊坡位于坡底，為逆坡，呈一面墻，坡頂標(biāo)高為+590 m左右，坡底標(biāo)高為+550 m左右，平均高度30～40 m?，F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)明顯的下滑現(xiàn)象。

2.2 老空區(qū)

根據(jù)《段村-雷溝鋁土礦地下采空區(qū)探測(cè)與災(zāi)害預(yù)防研究成果報(bào)告》得知，該研究報(bào)告中將段村-雷溝礦區(qū)范圍內(nèi)的民采礦井、老隆的分布劃分為六個(gè)區(qū)域。其中段村礦區(qū)西部為Ⅱ區(qū)-33勘探線到47～48勘探線，民采井、老隆編號(hào)為35～77；段村礦區(qū)東部為Ⅲ區(qū)47～48勘探線到70勘探線，民采井、老隆編號(hào)為78～119。

結(jié)合煤窯溝露天采坑現(xiàn)狀實(shí)測(cè)圖，將兩者疊加形成疊合圖。從平面投影看，54號(hào)井位于+450 m中段上部，62號(hào)、63號(hào)、69號(hào)井位于+450 m中段與+480 m中段之間、采坑?xùn)|南部，65號(hào)、66號(hào)、67號(hào)井位于+510 m中段北部、+540 m中段上部、老采坑?xùn)|北部。從縱投影上看，54號(hào)井與+450 m中段工程高差在90 m左右。69號(hào)井與+480 m中段基本位于同一標(biāo)高，66號(hào)井最低標(biāo)高低于+510 m、+540 m中段開拓運(yùn)輸巷道。北部65號(hào)、67號(hào)井井底標(biāo)高一般距離地表20～40 m左右。65號(hào)井已經(jīng)位于滑坡區(qū)，66號(hào)、67號(hào)井已經(jīng)緊鄰滑坡區(qū)，位于坡頂處。老空區(qū)對(duì)滑坡起到了推動(dòng)作用。

3 老采坑對(duì)井下生產(chǎn)的影響

段村2號(hào)罐籠井井下共設(shè)計(jì)布置有+450 m中段、+480 m中段、+510 m中段、+540 m中段等共計(jì)4個(gè)中段，其中+450 m中段、+480 m中段為基建中段，已經(jīng)完成驗(yàn)收。各中段均有部分巷道與煤窯溝老采坑平面投影重疊，其中+450 m中段、+480 m中段位于老采坑南部，南部邊坡坡底處，+450 m中段與地表距離108 m左右(地表標(biāo)高+558 m左右)，+480 m中段與地表距離75 m左右(地表標(biāo)高+555 m左右)。+510 m中段位于老采坑最底部偏北位置，與地表距離55 m左右(地表標(biāo)高+565 m左右)。+540 m中段位于北部邊坡下，距離地表距離40～50 m。

結(jié)合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，礦山井下運(yùn)輸中段距離地表一般在50 m左右，尤其+510 m中段距離地表較近，考慮到礦體產(chǎn)狀及中段礦體開采，與地表之間的距離遠(yuǎn)小于上述各值，容易直接連通地表。目前，井下生產(chǎn)中段為+450 m中段，礦體開采為+450～480 m。從平面上位于煤窯溝老采坑坑底偏南區(qū)域(與老采坑重疊)，與老采坑坑底之間距離為70～80 m(圖5)。

圖5 老采坑、井下工程、老空區(qū)疊合圖Fig.5 Congruent map of old open pit，underground engineering and old goaf

段村鋁土礦屬于露天轉(zhuǎn)井下的礦山，由于露天轉(zhuǎn)井下之前沒有對(duì)露天坑進(jìn)行處理，周圍雨水長期流入，露天坑底淤積了大量的淤泥。

+480 m中段布置在臨近老采坑坑底偏南的位置，開采時(shí)距離坑底最近距離為40 m左右。遇到雨季，采坑匯水會(huì)通過上部裂隙進(jìn)入采場(chǎng)，當(dāng)采場(chǎng)與地表沒有直接連通時(shí)，井下涌水量會(huì)有滯后效應(yīng)，當(dāng)采場(chǎng)與地表直接連通時(shí)，地表水會(huì)大量涌入井下。

+510 m中段布置在臨近采坑坑底偏北的位置，中段開采時(shí)上部距離現(xiàn)地表最近距離10～20 m，開采擾動(dòng)容易影響到采坑北部邊坡，進(jìn)一步加劇邊坡的破壞。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)工程，老采坑將直接影響到+510 m中段工程的布置，影響+510 m以上礦體的開采。

4 露天坑治理措施

4.1 技術(shù)措施

1)將井下廢石分層逐臺(tái)階排至煤窯溝露天采坑，回填至北部邊坡第一個(gè)臺(tái)階坡頂齊平處(+570 m標(biāo)高)[2]。下一步隨著開采的進(jìn)行，將井下廢石逐步排至露天采坑。

2)北部邊坡滑坡區(qū)坡頂采用噴錨網(wǎng)支護(hù)，并修筑截排水溝。

3)加快老采坑下部礦體開采，優(yōu)化開采工藝[3-4]。

4)煤窯溝老采坑外圍修筑防洪溝渠，將地表涇流水和雨季洪水導(dǎo)出老坑之外。

5)對(duì)地下水文進(jìn)行監(jiān)測(cè)，落實(shí)探放水制度，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，防止地下水對(duì)地下井巷和采場(chǎng)構(gòu)成威脅。

6)清理地表第四系黏土類物質(zhì)。地表第四系黏土類物質(zhì)會(huì)隨著雨水流向低洼地帶并在低洼地帶匯集，為井下泥石流[5]的發(fā)生提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2 安全管理措施

1)北部地勢(shì)穩(wěn)固地段建立監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)置觀測(cè)樁，觀測(cè)樁均采用預(yù)制水泥柱。觀測(cè)儀器采用全站儀。

2)加強(qiáng)巡查力度，正常情況下每日8點(diǎn)及16點(diǎn)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行巡查，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄。大雨等特殊天氣每4 h巡查一次，特殊情況下24 h值守，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)。

3)對(duì)于觀測(cè)樁出現(xiàn)異常情況或其他區(qū)域有明顯肉眼可見位移現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，組織技術(shù)人員對(duì)該區(qū)域位移情況進(jìn)行測(cè)量，做好記錄。

4)在滑坡區(qū)域周邊設(shè)置安全警示標(biāo)志，必要時(shí)在危險(xiǎn)地段設(shè)置護(hù)欄。

5)致函地方政府，告知目前煤窯溝露天采坑存在的安全隱患，積極協(xié)商露天采坑回填，爭(zhēng)取得到當(dāng)?shù)卣闹С帧?/p>

6)告知公路管理部門，持續(xù)溝通，制定相應(yīng)的安全措施。

5 結(jié)論

通過治理，煤窯溝露天采坑邊坡垮塌下滑趨勢(shì)得到控制。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，老采坑逐步回填，將進(jìn)一步消除對(duì)周邊的影響，保證礦山的正產(chǎn)生產(chǎn)。