礦山井下采空區對露天礦邊坡穩定性的影響分析

房永健

（江西省地質礦產勘查開發局九一二大隊，江西 鷹潭 335000）

隨著井下和露天采礦過程的改變，礦山井下采空區對露天礦邊坡的穩定性產生嚴重影響，許多科研人員對此進行了詳細的研究。利用極限平衡分析和數值模擬、限制柱的代表性分析和計算均值作為驗證穩定性分析的方法，對露天礦邊坡的穩定性施工進行指導。同時考慮到礦井采空區的位置和跨度不同，對露天礦邊坡穩定性的影響各不相同。本文根據各種不同的位置，包括露天礦邊坡模型、跨越各種地下礦井采空區，對露天礦邊坡穩定性構成較大影響，希望能夠有效提升露天礦邊坡穩定性，保障施工人員的生命財產安全[1]。

1 強度折減法原理

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

2 礦山井下采空區的位置和跨度對露天礦邊坡穩定性的影響因素

2.1 計算模型和邊界條件

為了研究露天礦山中心不同位置的地下礦采空區，對露天礦邊坡穩定性的影響，建立露天礦底部的土壤和露天礦邊坡的參考數值。對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固定模型外，其中水平位置尺寸不同，相當于地下礦采空區平均高度這是5m。所有型號的露天礦坡度高度為60m，露天礦坡度角度為50°。

計算模型邊界條件：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，內摩擦角為17°，抗拉強度為0.05MPa。該模型分為6750個單元，生成14012個節點。

2.2 礦山井下采空區不同水平位置對露天礦邊坡穩定性的影響

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

2.3 露天礦邊坡的特點

（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。具有長時間破碎、完整性差、巖體低的特點。

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

（3）露天礦的頻繁穿孔、爆破，使山坡上的質量受到頻繁振動的影響。

（4）邊坡與露天礦一起形成，其穩定性不斷變化。

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

3 綜合分析礦山井下采空區對露天礦穩定性的影響

礦山井下采空區對露天礦邊坡穩定性的影響與采場滑坡面和露天礦邊坡的相對位置有關。

（1）當礦山井下采空區在露天礦邊坡下端時，當距離地下采空區并懸掛在一個區域內，不同大小和地下采空區水平位置減小了露天邊坡降低安全系數，當地下采空區位于地表采礦邊坡以上時，露天礦邊坡穩定，無沖擊。當礦山井下采空區位于露天礦邊坡中間位置時，對于邊坡來說，滑動面不能過大，根據地下礦山拋物線的存在減少質量，從而滑動體上推力的各自滑動面減小，露天礦邊坡安全系數增加。當跨越較大的地下礦區時，露天坡體重較小，會增加露天礦傾斜度的穩定性。如果礦井采空井超過滑動面，則地下采礦攤鋪的存在對應于滑道厚度的減小，滑動阻力各自的滑動面強度折減法，露天礦傾角的安全系數降低，地下礦山的跨度越大，推力的滑動面可以減小，露天礦邊坡的穩定性會下降。

（2）當礦山井下采空區位于露天礦邊坡采空區中間位置時，露天礦邊坡將隨著地下采空區水平位置的變化而變化。地下采空區的塑性區與邊坡的距離增加，如果露天傾斜在頂部，則塑性區與地下采空區水平距離較近，在露天礦邊界處增加平衡狀態時，露天邊坡塑性帶導致滑帶加寬將繼續擴大。如果露天礦梯度保持平衡，塑性區邊坡露天開采將繼續擴大，無論露天礦中間或上部位于采空區附近。如果需要繼續開采，那么露天礦傾斜度越大，對露天礦邊坡穩定性的影響就越嚴重。

（3）如果礦山井下采空區位于露天礦邊坡腳下時，礦山井下采空區對于露天礦邊坡穩定性的影響取決于其在露天礦坡腳的相對位置。隨著采空區礦區靠近露天礦邊坡，露天礦邊坡的穩定性顯著降低，滑坡體積也增加，露天邊坡的安全問題也就隨之增加。在礦山井下采空區一定程度上影響了水平位置的露天坡邊坡，露天礦邊坡穩定性有一定程度的增加，但地下礦采空區容易發生頂部破壞，造成露天坑。邊坡體的滑動力減小，從而降低了露天礦邊坡的安全系數。

4 加強礦山井下采空區的調查研究，減小對露天礦邊坡穩定性的影響

在開采露天礦期間，隨著挖掘工作的進展，邊坡穩定性會發生變化。對于礦山井下采空區來說，有些驅動因素在短期內很難準確估算，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損壞的嚴重后果，可采取以下措施：加強地質調查。礦山井下采空區地質調查是邊坡穩定性分析的基礎，包括巖石開采類型、石材表面結構、水力勘探、自然側等。用于減小邊坡的措施，例如邊坡的減小和壓腳的重量減輕，用于抑制滑坡的進一步發生和發展。跑道的重量減輕是控制跑道穩定性的有效措施；在邊坡下坡采用加固支護工程，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。在采礦過程中適當選擇爆破方法，采取措施減少和防止施工和運輸過程中的地震，減少振動對邊坡的影響；加強國家對差距的調查和監測，建立有效的差距監測系統和梯度條件參數數據庫。測量員每天分析和校正測量的坐標以確定所選擇的控制點是否偏移；加強安全生產監督管理礦井安全培訓，加大對礦山人員培訓力度，同時加大礦山安全技術和管理人員安全培訓力度，建立專門的邊坡修整隊伍，建立相應的安全法規，實施安全生產責任制。

5 結論

綜上所述，礦山井下采空區對于露天礦邊坡穩定性產生著深遠影響，必須不斷提高礦山井下采空區的研究力度，促進我國能源開采的效率和質量不斷得到提升。滿足實際的生產需求，在保障人員生命財產安全的基礎上，有效保障社會生產和發展的需要，實現可持續發展。