李小慶，顧玉成

（新橋礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000）

新橋礦露天延深開采下盤邊坡穩(wěn)定性分析

李小慶，顧玉成

（新橋礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000）

針對(duì)新橋礦露天采場(chǎng)延深后的下盤邊坡，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，資料分析得出邊坡失穩(wěn)破壞的主要模式，采用GeoStudio軟件建立下盤邊坡模型，分析降雨前后的安全系數(shù)，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析，為了確保后期的安全開采以及最終邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)邊坡防治措施進(jìn)行了研究，提出了一系列的防治措施。

露天采場(chǎng)下盤邊坡；破壞模式；穩(wěn)定性分析；防治措施

0 引 言

隨著露天采場(chǎng)的不斷開采，開采難度日益增大。我國(guó)的大中型露天礦一般設(shè)計(jì)終了開采高度為300～500 m，有的甚至可達(dá)700 m。深凹露天礦開采過程中，隨著開采水平向深部推進(jìn)，邊坡的穩(wěn)定性會(huì)越來越差，滑坡概率也會(huì)越來越大，同時(shí)對(duì)露天礦山而言，加大邊坡角度對(duì)提高資源回收率和經(jīng)濟(jì)效益意義重大，因此，露天采場(chǎng)的最終邊坡角、邊坡的安全穩(wěn)定性以及防治措施需要進(jìn)行專門的研究確定[1-2]。

2015年，為適應(yīng)新橋礦露天轉(zhuǎn)地下的工程進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)礦山產(chǎn)能的有序銜接和整體的采選平衡，新橋礦啟動(dòng)了礦業(yè)公司科研項(xiàng)目《露天采場(chǎng)延深至-156 m水平的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究》。目前該設(shè)計(jì)方案已基本成形，但鑒于安全生產(chǎn)的考慮，有必要對(duì)延深后的露天采場(chǎng)下盤邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行針對(duì)性地研究分析，并采取一定的防治措施，實(shí)現(xiàn)延深開采時(shí)的安全生產(chǎn)。

1 地質(zhì)概況

新橋礦露天采場(chǎng)下盤巖體主要由高驪山組砂巖，五通組石英砂巖、志留系粉砂巖組成，滲透系數(shù)低，巖石物理力學(xué)參數(shù)較高，層面傾角一般在40°～60°左右，但由于高驪山組和五通組內(nèi)部存在較多的軟弱結(jié)構(gòu)面，部分巖組接觸面也存在接觸破碎帶，導(dǎo)致巖體強(qiáng)度降低明顯，在遇水軟化、力學(xué)強(qiáng)度下降的情況下，再加上長(zhǎng)期的風(fēng)化侵蝕，爆破震動(dòng)，高陡邊坡等不利影響，下盤邊坡的穩(wěn)定性問題一直比較突出，發(fā)生過數(shù)10次大小不一的滑坡，最終形成近乎光面的高陡邊坡。

礦區(qū)處于圣沖向斜含水構(gòu)造的南東翼，其底板高驪山組砂巖、五通組石英砂巖及巨厚的志留系粉砂巖為礦床可靠的隔水底板，因此邊坡所受的動(dòng)水壓力和浮托力可以忽略，在沒有降雨的情況下，邊坡巖體主要受到水位線以下靜水壓力的作用，降雨之后，水位線抬升，靜水壓力作用增大，同時(shí)受到軟化作用和沖刷作用的影響，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。

2 邊坡破壞模式研究

為了研究預(yù)測(cè)邊坡未來可能的破壞方式和類型，對(duì)邊坡研究區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了長(zhǎng)期的資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，得出了新橋礦下盤邊坡的主要破壞模式：平面滑動(dòng)破壞、潰屈破壞；次要破壞模式為巖劈破壞、楔形破壞、崩塌[3]。3#滑坡平面滑動(dòng)如圖1和1#滑坡潰屈破壞圖2所示。

圖1 3#滑坡平面滑動(dòng)

圖2 1#滑坡潰屈破壞

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算坡面的選取

在本次模擬分析中，根據(jù)礦山平面圖和地質(zhì)報(bào)告，參照露天采場(chǎng)下盤邊坡當(dāng)前的滑坡現(xiàn)狀，擬定分析剖面為16號(hào)、29號(hào)勘探線。

3.2 建立邊坡模型

根據(jù)1998年3月冶金部馬鞍山礦山研究院所《銅化集團(tuán)公司新橋硫鐵礦露天采場(chǎng)下盤高陡邊坡穩(wěn)定性研究》中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并查閱相關(guān)資料，得出巖體物理力學(xué)參數(shù)遇水軟化系數(shù)為結(jié)構(gòu)弱面和節(jié)理0.7，高驪山組和5通組0.85，閃長(zhǎng)玢巖0.75，志留系0.85。確定該穩(wěn)定性分析采用的邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)見表1[4-5]。

初始參數(shù)設(shè)置將GeoStudio軟件的分析類型設(shè)置為穩(wěn)定流，不考慮空氣流的影響。在新橋露天采場(chǎng)下盤邊坡地層中有風(fēng)化帶，接觸破碎帶，閃長(zhǎng)玢巖，高驪山組砂巖，五通組石英砂巖和志留系粉砂巖6種巖性[6-7]。根據(jù)礦區(qū)的水文資料，礦區(qū)靜止水位大約在+25 m。所得到的模型如圖3和圖4所示。

表1 邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)

圖3 16號(hào)勘探線下盤邊坡模型

圖4 29號(hào)勘探線下盤邊坡模型

3.3 安全系數(shù)的選取

露天開采工程中，安全系數(shù)一般可取1.05～1.5，參考《銅化集團(tuán)公司新橋硫鐵礦露天采場(chǎng)下盤高陡邊坡穩(wěn)定性研究》選取的1.18的安全系數(shù)，確定本次邊坡安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則為邊坡安全系數(shù)Fs〉1.2以上是安全的，F(xiàn)s在1.05～1.2處于極限平衡狀態(tài)，F(xiàn)s〈1.05時(shí)則認(rèn)為不安全。

3.4 考慮降雨影響的必要性

對(duì)于邊坡來說，長(zhǎng)時(shí)間的大雨常常是導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生滑坡的誘導(dǎo)因素，尤其在我國(guó)南方地區(qū)，降雨期集中，降雨入滲影響顯著，結(jié)合新橋露天采場(chǎng)所處的銅陵地區(qū)常年降雨量較大，多發(fā)生連續(xù)型暴雨，研究降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響十分必要。

3.5 降雨前后安全系數(shù)對(duì)比

從監(jiān)測(cè)資料看，降雨后單孔水位變化最大可達(dá)23.3 m，年平均水位變化在13.8 m左右，本次計(jì)算取20 m。計(jì)算16號(hào)和25號(hào)剖面的降雨前后的邊坡安全系數(shù)，降雨前后安全系數(shù)對(duì)比見表2。

表2 降雨前后安全系數(shù)對(duì)比

3.6 降雨前后穩(wěn)定性分析

從邊坡計(jì)算結(jié)果可以看出，在不考慮降水的情況下，2個(gè)剖面不同計(jì)算方法的安全系數(shù)都大于1.2，同時(shí)具有較高的安全冗余，但考慮降雨入滲后16號(hào)勘探線剖面的安全系數(shù)最低降到了1.160，處于極限平衡狀態(tài)，29號(hào)勘探線剖面的安全系數(shù)雖仍然大于1.2，但已經(jīng)接近極限平衡狀態(tài)，安全冗余消失，也應(yīng)該引起足夠重視。

對(duì)比降雨前后邊坡的安全系數(shù)，兩個(gè)剖面的安全系數(shù)降低明顯，尤其是16號(hào)剖面，處于極限平衡狀態(tài)?？紤]到巖體的不斷風(fēng)化，爆破損傷的累積，降雨沖刷等不利因素，兩個(gè)邊坡的安全穩(wěn)定都應(yīng)引起足夠重視，加強(qiáng)管理，并采取一定的防治措施，確保邊坡安全。

4 邊坡防治

由于新橋礦下盤邊坡已形成高陡邊坡，高度大于400 m，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)還要繼續(xù)開采到-156 m水平，從邊坡防治措施來看，采用單一的措施是很難實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定的。因此，根據(jù)不同的邊坡實(shí)際，因地制宜，采取針對(duì)性較強(qiáng)的處理措施是合適的。

4.1 削坡減載

新橋露天采場(chǎng)下盤邊坡26線附近+144 m平臺(tái)上部坡面滑坡嚴(yán)重，導(dǎo)致坡底截水溝損壞，為治理該區(qū)域滑坡，疏通截水溝，2015年8月提出了削坡減載的處理方案。在+163 m原有平臺(tái)使用挖掘設(shè)備清理坡面巖石，削平坡面，向東部推進(jìn)，形成寬3 m的作業(yè)平臺(tái)，以44°坡面角向上形成坡面，同時(shí)將+144 m平臺(tái)被滑坡體覆蓋的原坡底線通過挖掘設(shè)備內(nèi)進(jìn)5 m（即以原水溝為基準(zhǔn)內(nèi)進(jìn)2 m），坡面角變?yōu)?5°，降低該平臺(tái)負(fù)載。

4.2 控制爆破

為了降低爆破地震效應(yīng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的不利影響，應(yīng)采用控制爆破降低爆破地震效應(yīng)。

1）預(yù)裂爆破。目前新橋礦露天采場(chǎng)采用的是預(yù)裂爆破技術(shù)保護(hù)最終邊坡，具體參數(shù)為孔距1 m，孔徑90 mm，采用間隔不耦合裝藥。

2）嚴(yán)格控制最大段起爆藥量和總藥量。針對(duì)新橋礦露天采場(chǎng)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，把單響藥量控制在800 kg左右，同時(shí)也必須控制1次爆破的總藥量，6 t以下比較適宜。

3）采用逐孔起爆技術(shù)。目前新橋礦露天采場(chǎng)采用的是排孔起爆技術(shù)，相比于逐孔起爆，震動(dòng)峰值高，對(duì)邊坡破壞大，為了減小爆破震動(dòng)對(duì)邊坡的影響，擬全面采用逐孔起爆技術(shù)。

4.3 支護(hù)

1）噴錨網(wǎng)+長(zhǎng)錨索。噴錨網(wǎng)是井下支護(hù)經(jīng)常采用的支護(hù)方式，與長(zhǎng)錨索結(jié)合，既能發(fā)揮噴錨網(wǎng)支護(hù)效果好，適用巖性廣的優(yōu)點(diǎn)，又能發(fā)揮長(zhǎng)錨索支護(hù)范圍大，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，新橋礦露天采場(chǎng)東部采用此種支護(hù)方式。

2）噴錨網(wǎng)+長(zhǎng)錨索框架支護(hù)。在噴錨網(wǎng)+長(zhǎng)錨索支護(hù)的基礎(chǔ)上加上框架，連接各個(gè)錨桿和錨索，適用于邊坡治理難度大，重要邊坡的支護(hù)。

3）抗滑樁支護(hù)。該種支護(hù)方式應(yīng)用廣泛，多用于潛在滑動(dòng)面靠近邊坡的位置，施工周期短，成本較低，但不適用于巖體破碎的邊坡，難以維護(hù)邊坡的穩(wěn)定。新橋露天采場(chǎng)下盤+144 m平臺(tái)14和15線附近運(yùn)用過該種支護(hù)方式。

4）防滲膜護(hù)坡。為防止雨水滲入，增加松散土體自重并使其力學(xué)性質(zhì)降低，從而引起邊坡滑移失穩(wěn)，可對(duì)出現(xiàn)開裂滑移的平臺(tái)和坡面鋪設(shè)防滲膜，該方案成本低，施工工藝簡(jiǎn)單，尤其對(duì)松散土體效果顯著[8]。

4.4 導(dǎo)水治水

新橋礦露天采場(chǎng)規(guī)模較大，匯水面積廣，尤其是下盤高陡邊坡，必須加強(qiáng)截水導(dǎo)水通道的建設(shè)。對(duì)于一些主要的安全平臺(tái)，如+144 m，+72 m，+36 m等，在未被滑坡破壞的區(qū)域修建截水溝，使截水溝水平以上的邊坡匯水匯入截水溝，并修建與截水溝相通的導(dǎo)水溝，將邊坡匯水導(dǎo)出采場(chǎng)之外，減少上部匯水對(duì)下部邊坡和平臺(tái)的沖刷侵蝕，也減輕了露天坑底水倉(cāng)的排水壓力。

4.5 變形監(jiān)測(cè)

新橋礦露天采場(chǎng)現(xiàn)已建立起完善的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)邊坡的變化，預(yù)測(cè)邊坡破壞的發(fā)生，對(duì)確保邊坡的安全，提前采取治理措施具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

1）對(duì)邊坡研究區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了大量的資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，得出了新橋礦下盤邊坡的主要破壞模式為平面滑動(dòng)破壞、潰屈破壞；次要破壞模式為巖劈破壞、楔形破壞、崩塌。

2）從邊坡計(jì)算結(jié)果可以看出，在不考慮降水的情況下，2個(gè)剖面不同計(jì)算方法的安全系數(shù)都大于1.2，同時(shí)具有較高的安全冗余，但考慮降雨入滲后16號(hào)勘探線剖面的安全系數(shù)最低降到了1.160，處于極限平衡狀態(tài)，29號(hào)勘探線剖面的安全系數(shù)雖仍然大于1.2，但已經(jīng)接近極限平衡狀態(tài)，安全冗余消失，也應(yīng)該引起足夠重視。

3）對(duì)比降雨前后邊坡的安全系數(shù)，兩個(gè)剖面的安全系數(shù)降低明顯，尤其是16號(hào)剖面，處于極限平衡狀態(tài)?？紤]到巖體的不斷風(fēng)化，爆破損傷的累積，降雨沖刷等不利因素，2個(gè)邊坡的安全穩(wěn)定都應(yīng)引起足夠重視，加強(qiáng)管理，并采取一定的防治措施，確保邊坡安全。

4）由于新橋礦下盤邊坡已形成高陡邊坡，高度大于400 m，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)還要繼續(xù)開采到-156 m水平，從邊坡防治措施來看，采用單一的措施是很難實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定的。因此，根據(jù)不同的邊坡條件，因地制宜，綜合采用削坡減荷，控制爆破，支護(hù)，截水導(dǎo)水，變形監(jiān)測(cè)等防治措施來確保邊坡的安全穩(wěn)定。

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【責(zé)任編輯：解連江】

Footwall slope stability analysis in Xinqiao Open-pit Mine deep mining

LI Xiaoqing,GU Yucheng
(Xinqiao Mining Co.,Ltd.,Tongling 244000,China)

Through the field investigation and data analysis,the article obtained slope failure mode aiming at deep mining footwall slope in Xinqiao Open-pit Mine,established the footwall slope model by GeoStudio and analyzed safety coefficient before and after rainfall and slope stability.In order to ensure the latter safety exploitation and the stability of slope,the author studied slope prevention measures,and presented a series of control measures.

open-pit footwall slope;failure mode;stability analysis;prevention and control measure

TD824.7

B

1671－9816（2017）04－0018－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.006

李小慶，顧玉成.新橋礦露天延深開采下盤邊坡穩(wěn)定性分析［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（4）：18-21.

2016-11-07

李小慶（1990—），男，碩士，采礦工程專業(yè)，主要從事礦山技術(shù)管理和充填采礦方面的研究。