陳光木,黃春福
(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司, 廣東韶關(guān)市 512127)
大寶山礦露天采礦區(qū)占地面積約3.5 km2,地處廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn),其中銅礦臨時(shí)邊坡位于礦區(qū)北側(cè)33~51勘探線范圍,邊坡高30~120 m,為臺(tái)階形,坡體曾經(jīng)因民窿采空區(qū)塌陷,造成臨時(shí)邊坡局部地段出現(xiàn)變形開裂現(xiàn)象。為保證礦山開采的生產(chǎn)安全,對(duì)該礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并研究了邊坡治理方案。研究表明,銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡地段的巖土體可劃分為松散土體巖組、軟質(zhì)巖組及較硬~硬質(zhì)巖組3個(gè)工程地質(zhì)巖組(見表1)。
表1 臨時(shí)邊坡地段工程地質(zhì)巖組劃分
礦區(qū)露天采場(chǎng)邊坡位于漏刀山東側(cè),坡向?yàn)镹EE向,走向?yàn)镹NW向,延伸長度約2 km。根據(jù)統(tǒng)計(jì)大寶山的邊坡形態(tài)大致可分為5個(gè)坡段(見表2)。
由于邊坡受到長期風(fēng)化剝蝕及采空區(qū)塌陷的影響,坡面的完整性受到一定的破壞,臺(tái)階面因崩塌、開裂變形等變得寬窄不一,局部地段的臺(tái)階因崩塌而破壞,巖石因變形開裂而松動(dòng),邊坡表面分布大量的松散塊、碎石。
(1)BT1崩塌。在臨時(shí)邊坡37線附近,因?yàn)檫吰赂叨容^大,坡度較陡,坡頂巖土體風(fēng)化及卸荷變形的影響,在降雨、震動(dòng)及人工開挖因素的作用下失穩(wěn)崩塌。
(2)BT2崩塌。在45~47線間臨時(shí)邊坡地段,720~760 m標(biāo)高段的臨時(shí)邊坡720~760 m標(biāo)高有4級(jí)臺(tái)階,由于臺(tái)階坡面角較陡,邊坡巖體裂隙發(fā)育,表層巖土體受巖體的節(jié)理裂隙面控制,在拉張卸荷及采空區(qū)變形的作用下,形成巖石分離塊體,在降雨、振動(dòng)等因素的誘發(fā)下,發(fā)生崩塌。
露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡地段滑坡位于礦區(qū)35勘探線附近(HP1),滑坡地段的臨時(shí)邊坡高度40~45 m,坡向80°,坡度約50°。由于邊坡坡度較大,其破壞以崩滑方式向下滑動(dòng),滑坡體垂直位移較大,滑動(dòng)后滑坡巖土體完全解體并脫離坡體,使滑床露出地表,從滑床上可見滑坡下滑的擦痕;滑坡體解體后成為塊、碎石土,呈倒石錐狀堆積于坡腳,目前大部分已被清除(見圖1)。
大寶山銅礦露天采場(chǎng)西側(cè)邊坡出現(xiàn)崩塌和地面塌陷現(xiàn)象,是地質(zhì)構(gòu)造、邊坡巖土體特征、邊坡空間形態(tài)特征、地表水的滲透作用及人類工程活動(dòng)等多種影響因素相互作用的結(jié)果。
表2 銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡分段形態(tài)特征
礦山位于雪山嶂背斜的東北傾末端?;准永飽|構(gòu)造層寒武系形成強(qiáng)烈的緊閉褶皺,導(dǎo)致形成大寶山不對(duì)稱向斜構(gòu)造。蓋層由泥盆系等地層組成,受印支、燕山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,其褶皺、斷裂構(gòu)造較發(fā)育,斷裂構(gòu)造屬北東向官坪大斷裂的次級(jí)構(gòu)造。臨時(shí)邊坡地段構(gòu)造形跡復(fù)雜,受地質(zhì)構(gòu)造的影響,巖性變化大,巖體裂隙發(fā)育,復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造是形成邊坡變形的主要因素之一。
圖1 HP1全貌
礦區(qū)銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡由成分復(fù)雜的巖石和礦體組成,主要出露有頁巖、硫礦石、硫表礦、硅化石英砂巖、硅質(zhì)灰?guī)r、微?;?guī)r、黃銅礦、磁黃鐵礦、鉛鋅礦等,以堅(jiān)硬巖石為主,局部夾有頁巖等軟巖。各種巖、礦體的性質(zhì)變化較大,物理力學(xué)性質(zhì)各異,空間分布不穩(wěn)定,導(dǎo)致邊坡物質(zhì)組成不均勻,使不同地段的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)不同。
水對(duì)臨時(shí)邊坡存在復(fù)雜的物理化學(xué)作用,由于大寶山礦區(qū)銅礦臨時(shí)邊坡地帶巖體及礦體中含硫量較高,在長期的風(fēng)化、氧化、降水淋濾作用下,其地下水及地表水的水化學(xué)溶解性和潛蝕能力大大加強(qiáng),使邊坡巖體的風(fēng)化和破壞進(jìn)程加快。
邊坡平面形狀、高度、坡度等空間幾何形態(tài)特征可影響邊坡巖土體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài),平面上外凸的邊坡,由于巖體鼓出,兩側(cè)易受水平拉應(yīng)力的作用,所以穩(wěn)定性差;對(duì)于凹形坡,由于邊坡巖體表面處于二向受壓狀態(tài),穩(wěn)定性較好。臨時(shí)邊坡高度在30~123 m,總體坡度在40°~45°之間,坡體采用分級(jí)開挖形成,對(duì)邊坡穩(wěn)定性可起到良好的控制作用。
銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡在采礦開挖過程中,爆破產(chǎn)生的沖擊和震動(dòng)都可引起邊坡巖體應(yīng)力的瞬時(shí)變化,從而影響邊坡的穩(wěn)定性。由于該銅礦臨時(shí)邊坡開挖中多年的采掘爆破,使巖體產(chǎn)生疲勞效應(yīng),邊坡巖體的穩(wěn)定性降低。在邊坡面附近,爆破的后沖作用在邊坡上產(chǎn)生龜裂帶,在坡體表面產(chǎn)生裂隙,由于每個(gè)臺(tái)階面或多或少地受到這一影響,對(duì)整個(gè)邊坡來說客觀上存在一定的爆破松動(dòng)帶,其深度范圍受爆破方式和強(qiáng)度的影響。這一松動(dòng)帶的存在,是導(dǎo)致臨時(shí)邊坡表部巖體發(fā)生崩塌和滑坡的重要原因之一。
根據(jù)大寶山礦區(qū)銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡形態(tài)特征,物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì),變形破壞特征及穩(wěn)定狀態(tài),結(jié)合礦山開采方案,考慮如下幾種治理措施。
(1)臨時(shí)邊坡變形巖土體整體削除方案。該方案采用削除臨時(shí)邊坡體上崩塌、滑坡及采空區(qū)塌落、沉降、開裂松動(dòng)等形成的松動(dòng)巖土體的方式對(duì)臨時(shí)邊坡進(jìn)行治理,削方范圍為37線以北,51線以南,東至臨時(shí)邊坡坡腳,西至鐵礦采場(chǎng)邊坡坡腳,面積約9.3萬m3,削除巖土體高度30~123 m,總方量850萬m3,預(yù)估該方案治理費(fèi)用為40800萬元。
該方案基本上將整個(gè)銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡全部清除,完全消除了現(xiàn)有銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡的危害,但削除現(xiàn)有邊坡后,在其后緣將形成規(guī)模及高度更大的邊坡,并可能與鐵礦露天采場(chǎng)邊坡相接,從而對(duì)鐵礦露天采場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;同時(shí)該方案實(shí)施需清除850多萬m3的巖土體,工程量巨大,施工周期可能達(dá)數(shù)年之久;投入的人力、物力、機(jī)械設(shè)備多,費(fèi)用高,施工期間可能出現(xiàn)新的安全問題;工程施工需棄置大量的余土,對(duì)環(huán)境影響大。
(2)臨時(shí)邊坡全坡面削坡+修整護(hù)坡方案。該方案對(duì)露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡31線以北、51線以南的地段,從標(biāo)高700 m以上的坡面按臺(tái)階高度10 m、臺(tái)階坡面角45°、安全平臺(tái)及清掃平臺(tái)寬度均為10 m進(jìn)行分級(jí)削坡,共分為6~8個(gè)臺(tái)階,形成最終邊坡角約27°。在各臺(tái)階坡面上設(shè)置排水溝,臺(tái)階面間設(shè)跌水溝,以截排坡面降水,防止對(duì)邊坡的沖蝕,以保證坡面的穩(wěn)定,該方案共清除土石方約150萬m3,修建設(shè)排水溝約2500 m,削坡土方均需外運(yùn),預(yù)估治理費(fèi)用7206萬元。
該方案對(duì)整個(gè)銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡坡面采取了工程措施,減緩了邊坡的臺(tái)階坡面角,增加了臺(tái)階寬度,使臨時(shí)邊坡最終邊坡角小于30°,從而增加邊坡穩(wěn)定性,削坡后其后緣不形成新的高陡邊坡,由于臺(tái)階坡面角較緩、臺(tái)階寬度較大,有利于施工的展開,施工安全易保證。該方案施工工期需2~3年,同時(shí),產(chǎn)生大量的棄土、棄渣,對(duì)環(huán)境影響較大;同時(shí)未與礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀相結(jié)合,由于坡腳無重要的生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施,投入大量的資金將邊坡的穩(wěn)定性和安全性大幅提高,其投入產(chǎn)出效益低,經(jīng)濟(jì)效益差。
(3)臨時(shí)邊坡重點(diǎn)地段局部削坡+修整護(hù)坡方案。該方案結(jié)合邊坡穩(wěn)定性情況、礦山開采情況及安全生產(chǎn)實(shí)際、邊坡變形破壞特征進(jìn)行布置。由于臨時(shí)邊坡地帶銅礦不再進(jìn)行露天開采,坡腳人員及生產(chǎn)活動(dòng)較少,對(duì)邊坡南、北兩端較穩(wěn)定的邊坡面采取清除坡面松散危石、修整邊坡臺(tái)階及平臺(tái)的措施;對(duì)邊坡中段采空區(qū)塌陷形成的缺口地段的邊坡采取重新修整,改變邊坡的平面形態(tài)使坡面呈弧形,以調(diào)整邊坡的應(yīng)力狀態(tài),增加邊坡的穩(wěn)定性;700 m高程以上邊坡按10 m高臺(tái)階削坡,臺(tái)階坡面角45°,兩端與原邊坡相接地段坡度逐漸過渡銜接,安全平臺(tái)及清掃平臺(tái)寬度為10 m,與原邊坡平臺(tái)接合部位寬度漸變相接;對(duì)39~41線間的塌陷嚴(yán)重變形區(qū),增加標(biāo)高740 m、750 m的平臺(tái)寬度至40 m,以削除臨時(shí)邊坡塌陷缺口地段及兩側(cè)坡面的松散危石,同時(shí)兼顧治理邊坡南側(cè)崩塌及滑坡,在臨時(shí)邊坡坡腳設(shè)置緩沖平臺(tái)。對(duì)標(biāo)高700 m及以下的邊坡平臺(tái)采取局部修整及回填,貫通700,690,680 m平臺(tái),形成完整的階段邊坡及臺(tái)階,設(shè)計(jì)臺(tái)階高度10 m,臺(tái)階坡面角填方區(qū)為40°,清方區(qū)為45°,臺(tái)階寬度不小于15 m。各臺(tái)階面上設(shè)置排水溝,臺(tái)階面間設(shè)跌水溝,以截排坡面降水,防止對(duì)邊坡的沖蝕,以保證坡面的穩(wěn)定,該方案需清除土石方約53萬m3,其中回填土石方約15萬m3,外運(yùn)土石方約38萬m3,修排水溝約2500 m,預(yù)估治理工程費(fèi)用為2536萬元。
該方案結(jié)合了銅礦臨時(shí)邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)和邊坡局部可能產(chǎn)生小規(guī)模崩塌、滑坡的特點(diǎn),且坡腳沒有礦山的生產(chǎn)活動(dòng),無重要的生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施,有針對(duì)性地對(duì)臨時(shí)邊坡變形破壞嚴(yán)重的地段進(jìn)行治理。通過修整和加固坡面,清除臨時(shí)邊坡體上的松散危石,加寬和連通坡腳平臺(tái),增加邊坡的穩(wěn)定性,設(shè)置了邊坡崩塌、滑坡的緩沖區(qū),提高了邊坡的安全性。該方案治理工程在1 a內(nèi)可能完成,其施工其期相對(duì)較短、見效快,投入的人力、物力及機(jī)械設(shè)備相對(duì)較小,治理費(fèi)用相對(duì)較低,棄土棄方量較小,對(duì)環(huán)境影響小。
(4)設(shè)置安全禁區(qū)方案。該方案針對(duì)銅礦露天采場(chǎng)邊坡目前無礦山開采活動(dòng)的特點(diǎn),將臨時(shí)邊坡地帶設(shè)為安全禁區(qū),將臨時(shí)邊坡變形破壞范圍及邊坡失穩(wěn)變形可能影響的地段列入禁區(qū),并在禁區(qū)外圍設(shè)置鐵絲網(wǎng)進(jìn)行封閉,嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入。設(shè)置范圍北起51線、南到312線,東至臨時(shí)邊坡坡腳,西至鐵礦采場(chǎng)北端坡腳,總面積約12.5萬m2,設(shè)置鐵絲網(wǎng)長度約1700 m,預(yù)估治理費(fèi)用約90萬元。
該方案投入的人力、物力少,見效快,不產(chǎn)生棄土棄渣,對(duì)環(huán)境影響小,但其采取的是一種被動(dòng)和回避的方式處理銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡的安全問題,未對(duì)邊坡的穩(wěn)定性和安全性有任何的改善,導(dǎo)致邊坡安全問題將長期存在,對(duì)礦山今后的發(fā)展不利。
綜上所述可見,方案一工程量巨大,施工周期長,費(fèi)用投入高,對(duì)環(huán)境影響大,產(chǎn)生新的邊坡安全問題,在該銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡治理中不宜選用,可結(jié)合今后礦產(chǎn)資源開發(fā)情況,逐步進(jìn)行實(shí)施;方案四雖然投入少,對(duì)環(huán)境影響小,但是以犧牲臨時(shí)邊坡穩(wěn)定安全及礦山的長遠(yuǎn)發(fā)展為代價(jià),也不宜采用;方案二安全性較高,但坡腳沒有礦山生產(chǎn)活動(dòng),無重要的設(shè)施和設(shè)備,其投入的工程量大,費(fèi)用高,施工周期長,對(duì)環(huán)境影響較大,綜合效益較差;方案三充分考慮了大寶山礦區(qū)銅礦臨時(shí)邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài),邊坡下無重要的設(shè)施和設(shè)備,無人員的特點(diǎn),重點(diǎn)解決邊坡表面的局部變形破壞問題,可保證邊坡的安全;同時(shí)其工程量相對(duì)較小,施工周期較短,可在1 a內(nèi)完成,綜合比較該方案的社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)較其它方案高,因此,推薦采用方案三臨時(shí)邊坡重點(diǎn)地段局部削坡+修整護(hù)坡方案對(duì)大寶山礦區(qū)銅礦露天采場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)邊坡治理。
根據(jù)巖土體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其堅(jiān)硬程度,分析邊坡的破壞特征、邊坡的破壞方式以及產(chǎn)生破壞的原因。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)大寶山礦區(qū)銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡形態(tài)特征,物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì),變形破壞特征及穩(wěn)定狀態(tài),結(jié)合礦山開采利用方案,提出了可選的4種邊坡治理方案,經(jīng)過對(duì)安全性、社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及施工工期等多因素比選后,推薦采用方案三臨時(shí)邊坡重點(diǎn)地段局部削坡+修整護(hù)坡方案進(jìn)行大寶山礦區(qū)銅礦露天采場(chǎng)臨時(shí)邊坡治理。
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