王維勤

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

凹山采場地質(zhì)環(huán)境治理實(shí)踐

王維勤

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

南山礦業(yè)公司凹山采場經(jīng)過多年開采，邊坡松動(dòng)、崩塌滑坡的可能性日益增大。分別介紹了雷達(dá)瞬時(shí)監(jiān)測技術(shù)、邊坡多元信息監(jiān)測系統(tǒng)以及狹長臺(tái)階實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)作業(yè)的擴(kuò)幫工藝在凹山采場地質(zhì)環(huán)境治理過程中所取得的成果，對于類似礦山采場地質(zhì)環(huán)境治理有一定的參考價(jià)值。

地質(zhì)環(huán)境治理 雷達(dá)瞬時(shí)監(jiān)測技術(shù) 多元信息監(jiān)測系統(tǒng) 擴(kuò)幫工藝

礦產(chǎn)資源在開發(fā)利用過程中，極易對原始礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成破壞，引發(fā)一定的地質(zhì)環(huán)境問題，如地面塌陷、滑坡、崩塌、地貌景觀破壞等。臨近開采末期的南山礦業(yè)公司凹山采場陸續(xù)出現(xiàn)邊坡問題，特別是南幫邊坡穩(wěn)定性較差[1-2]。南幫是凹山采場極為重要的一個(gè)區(qū)域，布置有采場固定公路和鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。自2005年起，該區(qū)域-90～-135 m、-40～-75 m水平等多處邊坡陸續(xù)出現(xiàn)開裂、下沉等不良地質(zhì)現(xiàn)象。據(jù)南山礦業(yè)公司總體規(guī)劃，凹山采場閉坑后，將作為尾礦坑使用。作為尾礦坑使用前，須充分分析水位上升后對邊坡的影響。另外高村采場運(yùn)礦鐵路線也位于西幫+45 m水平。因此，有必要對凹山采場邊坡進(jìn)行綜合治理，確保凹山采場后期作為尾礦坑使用時(shí)邊坡穩(wěn)定并確保+45 m高村鐵路線的安全運(yùn)行。

1 地質(zhì)環(huán)境治理方案

南山礦業(yè)公司引進(jìn)了邊坡雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，以發(fā)揮雷達(dá)安全預(yù)警作用，充分利用雷達(dá)監(jiān)測快捷瞬時(shí)的技術(shù)特點(diǎn)，分析各種作業(yè)條件下邊坡位移的變化規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化爆破作業(yè)參數(shù)和卸載方法，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。為進(jìn)一步加強(qiáng)凹山采場地質(zhì)環(huán)境治理期間的安全監(jiān)控強(qiáng)度，建立了凹山邊坡位移、應(yīng)力、聲發(fā)射等多元信息耦合的邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測網(wǎng)，對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測過程的無線遙控和信息傳輸。凹山采場地質(zhì)環(huán)境治理主要是對-15～-165 m水平不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行卸載。為加快邊坡卸載作業(yè)進(jìn)度，在單一狹長臺(tái)階上布置多處作業(yè)點(diǎn)，各處作業(yè)點(diǎn)同時(shí)作業(yè)，采用狹長臺(tái)階多點(diǎn)作業(yè)的擴(kuò)幫工藝，提高推進(jìn)速度。上一水平空間拉開后，即進(jìn)行穿孔爆破作業(yè)，為下一水平及時(shí)推進(jìn)創(chuàng)造作業(yè)條件，形成一種連續(xù)生產(chǎn)的作業(yè)模式。

2 地質(zhì)環(huán)境治理實(shí)踐

2.1 雷達(dá)瞬時(shí)監(jiān)測技術(shù)

(1)采場數(shù)字高程模型(DEM)構(gòu)建。為直觀顯示雷達(dá)掃描區(qū)域各特征點(diǎn)的位移變化情況，在雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用凹山采場二維矢量圖構(gòu)建了采場DEM，并將其與雷達(dá)數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)進(jìn)行連接，便于直觀顯示觀測點(diǎn)的所處位置。

(2)爆破作業(yè)參數(shù)優(yōu)化及安全預(yù)警。經(jīng)現(xiàn)場小爆區(qū)、小藥量爆破試驗(yàn)，分析雷達(dá)瞬時(shí)反饋的邊坡位移數(shù)據(jù)，總結(jié)爆破振動(dòng)對邊坡的影響規(guī)律，進(jìn)而調(diào)整一次爆破藥量和可爆破區(qū)域，指導(dǎo)該區(qū)域安全生產(chǎn)。逐孔微差爆破技術(shù)和雷達(dá)安全預(yù)警監(jiān)測技術(shù)的綜合應(yīng)用，使得裂縫區(qū)域?qū)嵤┍品秶?0 m縮小至20 m，采場-90 m水平以下全部實(shí)施小藥量爆破作業(yè)，大大加快了治理進(jìn)度。結(jié)合雷達(dá)監(jiān)測位移記錄和現(xiàn)場邊坡情況，初設(shè)了各級報(bào)警臨界值：①正常區(qū)域黃色報(bào)警的位移報(bào)警臨界值為20 mm，速度報(bào)警臨界值為4 mm/h；②正常區(qū)域紅色報(bào)警的位移報(bào)警臨界值為25 mm，速度報(bào)警臨界值為6 mm/h，高危區(qū)域報(bào)警的位移報(bào)警臨界值為10 mm，速度報(bào)警臨界值為1 mm/h。

2.2 邊坡多元信息監(jiān)測系統(tǒng)

除雷達(dá)表面位移監(jiān)測外，邊坡深部位移計(jì)布置于潛在滑動(dòng)面四角處，共4個(gè)測點(diǎn)，鉆孔沿潛在滑坡體采用矩形布置方式。將5個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)測點(diǎn)布置于潛在滑坡體的主要控制臺(tái)階上，采用直線布置方式。4個(gè)聲發(fā)射測點(diǎn)布置于爆破生產(chǎn)臺(tái)階，距爆破源100 m，測點(diǎn)布置根據(jù)爆破區(qū)域?qū)崟r(shí)推進(jìn)。邊坡雨量計(jì)安裝于邊坡坡肩空曠地帶，共5個(gè)測點(diǎn)，通過雨量計(jì)自動(dòng)獲取降雨量數(shù)據(jù)。此外，凹山采場地質(zhì)環(huán)境治理期間，南山礦業(yè)公司會(huì)同北京科技大學(xué)研制了邊坡深部位移計(jì)，將邊坡巖體基座標(biāo)桿設(shè)于邊坡孔口穩(wěn)定基樁上，通過基座標(biāo)桿的位移可準(zhǔn)確得出邊坡深部不同位置的相對位移和絕對位移數(shù)據(jù)。該型位移計(jì)采用邊坡和牽引砝碼雙向牽引滑動(dòng)裝置，孔內(nèi)無須注漿和安裝護(hù)管，較常規(guī)位移計(jì)可布置更多的測點(diǎn)。根據(jù)邊坡多元信息監(jiān)測網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可及時(shí)調(diào)整各監(jiān)測分站的監(jiān)測閾值，使監(jiān)測閾值更加符合現(xiàn)場實(shí)際(圖1)。在多元監(jiān)測信息網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和指導(dǎo)下，存在數(shù)組裂隙、節(jié)理的南幫-15～-135 m局部邊坡角由原狀的31.7°提高至目前的36.0°，邊坡角提高了4.3°，減少了常規(guī)邊坡卸載作業(yè)由上至下所需的大量剝離量。

圖1 多元監(jiān)測系統(tǒng)組成

2.3 狹長臺(tái)階實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)作業(yè)的擴(kuò)幫工藝

本研究以治理凹山采場-105～-102 m臺(tái)階為例進(jìn)行分析。-105 m水平向北的空間全部打開后，設(shè)計(jì)臨時(shí)措施路的位置和形成時(shí)間進(jìn)行分區(qū)穿爆作業(yè)，利用反鏟分上下2層鏟裝，依次開挖形成1#、2#、3#臨時(shí)措施路，利用措施路整體向前推進(jìn)(圖2)。待各措施路向前推進(jìn)的工作量完成后，首先利用1#措施路回收2#措施路，后形成-105～-120 m固定路，再利用固定路回收1#臨時(shí)措施路，直至該臺(tái)階作業(yè)全部完成(圖3)。

圖2 多點(diǎn)作業(yè)示意

3 討 論

(1)凹山采場地質(zhì)環(huán)境治理工程充分利用了邊坡雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)的精度高、大面積快速連續(xù)掃描和與邊坡無接觸等技術(shù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了凹山采場邊坡實(shí)時(shí)化監(jiān)測，保證了礦區(qū)作業(yè)人員及設(shè)備安全，有效提高了治理工程的作業(yè)效率。

圖3 回收措施路示意

(2)充分發(fā)揮雷達(dá)邊坡監(jiān)測預(yù)警作用，將雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)與露天擴(kuò)幫工藝相結(jié)合，有助于解決復(fù)雜地質(zhì)條件下邊坡、高陡邊坡下治理過程安全高效推進(jìn)的技術(shù)難題。

(3)凹山采場地質(zhì)環(huán)境問題主要包括松動(dòng)危巖、潛在崩塌體、地形地貌破壞等。治理工程實(shí)施后，已發(fā)生開裂失穩(wěn)、崩塌滑坡臺(tái)階的安全隱患得以排除，邊坡整體達(dá)到穩(wěn)定，避免了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。在實(shí)施過程中回收了可觀的礦產(chǎn)資源，為南山礦業(yè)公司提供了資源保障。

[1] 李玉倩，王德利.張家口下花園區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理存在的問題及對策[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(9):252-253.

[2] 閆 巖，任賀旭，陳申方，等.黑山鐵礦二采區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(4)：120-123.

2016-09-27)

王維勤(1966—)，男，副經(jīng)理，高級工程師，243033 安徽省馬鞍山市雨山區(qū)向山鎮(zhèn)。