唐飛

（云南思茅山水銅業(yè)有限公司，云南 普洱665000）

大平掌銅礦露天采場(chǎng)位于普洱市正西方向，直線距離約40km，行政區(qū)劃隸屬思茅區(qū)思茅港鎮(zhèn)，由玉溪礦業(yè)有限公司全面負(fù)責(zé)技術(shù)管理。2009年2月，該礦引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的MicroMine三維礦業(yè)軟件對(duì)大平掌銅礦露天采場(chǎng)進(jìn)行礦體資源管理與開采研究。

2011年初，大平掌銅礦露天采場(chǎng)東南部邊坡頂部出現(xiàn)了局部裂縫，裂縫寬約2cm。此情況發(fā)生后，礦山加強(qiáng)了對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)。2011年9月1日至30日變形較大，每天約16cm，之后變形速度趨緩，逐步趨于穩(wěn)定。變形破壞范圍從1 100m標(biāo)高一直延續(xù)到1 330m標(biāo)高，垂直高差達(dá)到230m，最遠(yuǎn)的開裂超過設(shè)計(jì)最終境界125m，變形破壞范圍大，程度深，有的地方開裂變形超過了1m，局部出現(xiàn)了坍塌，給礦山安全生產(chǎn)造成了較大隱患。

1 東南部采場(chǎng)滑坡原因分析

1．1 東南部采場(chǎng)邊坡地質(zhì)概況

采場(chǎng)東南部邊坡地質(zhì)巖組類型從上往下依次是第四系、風(fēng)化英安巖、半風(fēng)化英安巖、凝灰?guī)r、V2礦、流紋巖（如圖1）。第四系厚度20～80m，為殘坡積層，褐黃色、暗紅色。由黏土質(zhì)夾流紋巖碎塊殘坡積組成，碎塊巖石中不能見石英斑晶。英安巖常與流紋巖、粗面巖和安山巖等共生，組成巨厚的火山巖系。英安巖巖石致密堅(jiān)硬，具有較好的抗壓強(qiáng)度，容易風(fēng)化。從現(xiàn)場(chǎng)觀察，風(fēng)化后的英安巖呈紫色，半風(fēng)化的巖石介于紫色與灰色之間，其節(jié)理裂隙發(fā)育程度較風(fēng)化后的英安巖低，力學(xué)強(qiáng)度也好。凝灰?guī)r巖層產(chǎn)狀總體平緩，傾角0°～22°，個(gè)別達(dá)到40°，巖體松軟，極易風(fēng)化、水化，且局部圍巖綠簾石化、綠泥石化很強(qiáng)，極不穩(wěn)固，對(duì)邊坡穩(wěn)定性起控制作用。V2礦體分布在次火山巖（流紋巖）頂部角礫巖中，呈餅狀透鏡狀，形態(tài)基本規(guī)整，產(chǎn)狀總體平緩，連續(xù)分布。礦石為浸染狀、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造，黃銅礦粒度明顯較V1礦體粗大，礦石中熱液交代現(xiàn)象明顯。具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。最下部為流紋巖，灰白色或淺粉紅色。常見有流紋構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu)、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)、霏細(xì)結(jié)構(gòu)、顯微文象結(jié)構(gòu)等。斑晶常為石英、堿性長(zhǎng)石，有時(shí)有少量斜長(zhǎng)石；基質(zhì)一般為致密的隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)。流紋巖巖石被硅質(zhì)膠結(jié)，硅化強(qiáng)，巖石堅(jiān)硬，抗剪抗壓強(qiáng)度高，節(jié)理裂隙不發(fā)育，風(fēng)化程度低。巖石完整性較好，利于邊坡穩(wěn)定。

上盤英安巖段斷層較發(fā)育，有兩個(gè)較大的縱斷層和較多的小斷層，其中一個(gè)縱斷層位置及走向與凝灰?guī)r一致，走向N40°W，傾向NE，傾角58°，標(biāo)高1 130～1 180m，錯(cuò)斷凝灰?guī)r50m［1］。另一個(gè)縱斷層走向N50°W，傾向SW，傾角52°，兩斷層之間滑坡體約341萬(wàn)m3。

1．2 滑坡體結(jié)構(gòu)面概況

圖1 東南部邊坡剖面示意圖Fig．1 Sketch of the southeast slope profile

地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長(zhǎng)度相對(duì)較小的地質(zhì)界面或帶稱為結(jié)構(gòu)面，包括層面、不整合面、節(jié)理面、斷層、片理面等。受這些結(jié)構(gòu)面交切，使巖體形成一種獨(dú)特的割裂結(jié)構(gòu)，對(duì)外力呈現(xiàn)出各向異性，巖體中存在原巖應(yīng)力，結(jié)構(gòu)面可能形成不連續(xù)面，易發(fā)生應(yīng)力集中。隨著結(jié)構(gòu)面間黏聚力的減弱，抗摩擦強(qiáng)度在水的作用下降低較大。因此，巖體完整性、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及爆破塊度主要受巖體中節(jié)理裂隙分布規(guī)律及其特征的影響。

本次采用詳細(xì)測(cè)線法調(diào)查東南部滑坡體結(jié)構(gòu)面，對(duì)于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制（1 250m以上）不適用詳細(xì)測(cè)線法的平臺(tái)，采用選取有代表性的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 滑坡體節(jié)理裂隙調(diào)查統(tǒng)計(jì)表Table 1 Joints and fractures of landslides

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)面的調(diào)查和測(cè)繪，采用極點(diǎn)等密圖法進(jìn)行結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計(jì)分析，東南部邊坡不同巖性優(yōu)勢(shì)節(jié)理組及其產(chǎn)狀范圍見表2。

表2 大平掌銅礦邊坡優(yōu)勢(shì)節(jié)理統(tǒng)計(jì)表Table 2 Advantage joints in the slopes of Dapingzhang open pit copper mine

1．3 鉆孔R(shí)QD值調(diào)查分析

采用鉆孔時(shí)取得巖芯的完整程度確定巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD［2］：

式中：li—所取巖芯大于10cm長(zhǎng)度的巖芯段長(zhǎng)度，m；Lt—鉆進(jìn)巖芯的總長(zhǎng)度，m。

根據(jù)RQD值分析東南部邊坡不同巖石性質(zhì)完整性見表3。

1．4 巖石力學(xué)參數(shù)綜合采用值

參考之前一些大平掌銅礦邊坡巖石力學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究成果［3－5］，并結(jié)合東南部邊坡現(xiàn)狀及滑坡體參數(shù)的分析結(jié)果，采用工程類比的方式及工程處理，確定巖石力學(xué)參數(shù)如表4所示。

表3 巖石質(zhì)量等級(jí)表Table 3 Rock mass rating of southeast slope

表4 東南部邊坡巖石力學(xué)參數(shù)Table 4 Rock mechanics parameters of southeast slope

1．5 滑坡原因分析

造成大平掌銅礦邊坡滑坡的原因主要有兩點(diǎn)：1）開采至1 100m水平后，凝灰?guī)r被切斷，而凝灰?guī)r本身物理力學(xué)性質(zhì)較差，屬于軟弱層，其上部的英安巖順著凝灰?guī)r發(fā)生滑動(dòng)和變形，導(dǎo)致牽引型滑坡；2）上部土層邊坡角較大，造成較大的邊坡下滑力（推移式滑動(dòng)）。

2 東南部采場(chǎng)滑坡體處置方法

2．1 滑坡體斷層模型與滑帶參數(shù)反演

1）滑坡體斷層模型

通過對(duì)兩條較大縱斷層分析，推斷出兩組斷層剪切面的相交線，采用MicroMine軟件建立滑坡體斷層模型［6］，如圖2所示。

2）滑帶參數(shù)反演

東南部邊坡滑坡體現(xiàn)處于整體暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定［7］，安全系數(shù)取1．05，結(jié)合推斷斷層剪切面相交線對(duì)滑坡主軸方向取剖面A－A′（見圖3）進(jìn)行邊坡巖土體參數(shù)反演分析。根據(jù)凝灰?guī)r產(chǎn)狀和裂縫位置確定滑面位置，計(jì)算結(jié)果見表5，滑面與開采現(xiàn)狀及原露天境界設(shè)計(jì)的關(guān)系如圖3所示。

2．2 東南部邊坡滑坡體處置方案

根據(jù)大平掌銅礦東南部滑坡區(qū)地形地貌，滑動(dòng)區(qū)域特征，為便于今后采礦工作的可持續(xù)性，制定了3種削坡減載方案治理滑坡。各方案削坡的最低標(biāo)高1 200m，如表6所示。

圖2 滑坡體斷層模型Fig．2 Fault model of the landslide

表5 反演結(jié)果表Table 5 The inversion results

2．3 滑坡體處置方案比較分析

圖3 滑坡體剖面位置圖Fig．3 Sketch of landslide profile

邊坡穩(wěn)定性影響因素有很多，比如巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、邊坡形態(tài)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、外力作用（包括地震和爆破）、氣候條件和風(fēng)化作用等。以上這些因素能進(jìn)行量化的有：1）巖體物理力學(xué)性質(zhì)；2）邊坡形態(tài)結(jié)構(gòu)（臺(tái)階高度、臺(tái)階坡面角、平臺(tái)寬度和最終邊坡角）；3）地震（7°、8°和9°）。采用“敏感分析法”［8］和“正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)”［9］對(duì)邊坡形態(tài)結(jié)構(gòu)（臺(tái)階高度、平臺(tái)寬度和臺(tái)階坡面角）和地震進(jìn)行敏感性分析研究，確定最優(yōu)處置方案。實(shí)驗(yàn)采用最終邊坡角為橫坐標(biāo)，安全系數(shù)為縱坐標(biāo)，建立坐標(biāo)網(wǎng)，如圖5、6所示，圖中一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖4 滑面與現(xiàn)狀邊坡及原設(shè)計(jì)境界關(guān)系圖Fig．4 Relationships of landslide surface，current slope and the original ambit

表6 滑坡體處置方案Table 6 Disposal solutions to landslides

圖5 最終邊坡角與安全系數(shù)關(guān)系圖（不考慮地震）Fig．5 Relationship between final slope angle and the safety factor diagram （without regard to earthquakes）

從圖5和圖6可以看出，安全系數(shù)與最終邊坡角呈線性關(guān)系，隨著最終邊坡角的增大，安全系數(shù)降低。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，上述三個(gè)方案邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表7所示。

圖6 最終邊坡角與安全系數(shù)關(guān)系圖（地震烈度8°）Fig．6 Relationship between final slope angle and the safety factor diagram（seismic intensity of 8°）

分析結(jié)果表明，最小安全系數(shù)的潛滑面主要存在于1 200m標(biāo)高以上滑坡體中，1 200m標(biāo)高以下，邊坡局部雖有失穩(wěn)的可能，但開采到最終境界后整體穩(wěn)定。從安全角度來講，在不考慮地震的情況下，方案A、B、C都是可行的。當(dāng)考慮8°地震時(shí)，只有方案B基本可行，但是剝離量及征地面積與方案A相比有所增加。綜合考慮本礦山所處地理位置、地震記錄及礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的需要，決定采用方案B對(duì)大平掌礦東南部滑坡體進(jìn)行治理。

表7 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Table 7 Calculation results of slope stability

2．4 滑坡體處置實(shí)施效果

根據(jù)最優(yōu)方案B所確定的參數(shù)，削坡減載后剖面見圖7。

圖7 最優(yōu)方案的剖面圖Fig．7 Profile of the optimal solution

從圖7可以看出，山體中的凝灰?guī)r產(chǎn)狀傾角較小或呈反傾狀，相對(duì)來說，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較小，邊坡卸載以后，減小了下滑力，邊坡穩(wěn)定性提高?，F(xiàn)狀邊坡所處位置下部凝灰?guī)r傾角較大，呈順坡，上部邊坡角較大，下滑力較大，造成邊坡失穩(wěn)。在今后采礦過程中，需對(duì)凝灰?guī)r上部邊坡進(jìn)行放緩處理，減小下滑力，提高邊坡穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

1）采場(chǎng)東南部邊坡出現(xiàn)的破壞為滑坡破壞，從滑坡的各種現(xiàn)象分析認(rèn)為，該滑坡應(yīng)引起高度重視。

2）從力學(xué)機(jī)理看，該滑坡屬于混合式滑坡，主要是由于開采至1 100m平臺(tái)后，本身物理力學(xué)性質(zhì)較差，屬于軟弱層的凝灰?guī)r被切斷，其上部的英安巖順著凝灰?guī)r發(fā)生滑動(dòng)和變形，導(dǎo)致牽引型滑坡。此外上部土層邊坡角較大，造成較大的邊坡下滑力（推移式滑動(dòng)）。在上述兩種作用機(jī)制下造成該邊坡失穩(wěn)破壞，產(chǎn)生滑坡。

3）滑坡體目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，由于凝灰?guī)r厚度小且薄，巖層傾角為緩傾斜，在上部巨大下滑力作用下，該滑動(dòng)層位被擠壓形成上部風(fēng)化英安巖與流紋巖接觸，滑坡體處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，但上部土層在雨水及重力作用下，會(huì)進(jìn)一步發(fā)生變形和破壞，進(jìn)而對(duì)下部邊坡的穩(wěn)定造成影響，所以應(yīng)盡快進(jìn)行邊坡治理。

4）雨水滲透、人為坡腳開挖以及大爆破等因數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性起很大作用，在施工過程中須完善防排水系統(tǒng)、加強(qiáng)技術(shù)管理、控制藥量或采取光面爆破等措施減小對(duì)邊坡的破壞。

5）采用削坡減載方案對(duì)滑坡進(jìn)行治理，削坡最低標(biāo)高為1 200m，具體臺(tái)階結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：臺(tái)階高度10m，臺(tái)階坡面角40°，平臺(tái)寬度8m，最終邊坡角25．3°。

6）根據(jù)采場(chǎng)設(shè)計(jì)、現(xiàn)狀及國(guó)家規(guī)范的要求，東南邊坡滑坡范圍內(nèi)布置15～20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，雨季觀測(cè)周期為一天一次，旱季觀測(cè)周期為一星期一次。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括滑坡范圍內(nèi)的平面位移監(jiān)測(cè)及沉降監(jiān)測(cè)、裂縫觀測(cè)、采坑涌水監(jiān)測(cè)。為了確保上部作業(yè)和采坑作業(yè)的安全，須重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)1 100m水平、1 150 m水平、1 275m水平和坑底涌水點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。

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