黃 磊

（新疆金寶礦業(yè)有限責(zé)任公司）

深凹露天礦是目前冶金礦山露天開采的發(fā)展趨勢(shì)，其邊坡穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)效益的矛盾日益凸顯［1］。新疆金寶鐵礦為典型深凹露天礦，其南幫邊坡受斷層帶、褶皺、順層陡傾層面等一系列不利地質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成邊坡臺(tái)階邊坡發(fā)生局部破壞，分析評(píng)價(jià)金寶鐵礦南幫邊坡總體穩(wěn)定性，并對(duì)局部臺(tái)階破壞進(jìn)行整治，對(duì)礦山安全生產(chǎn)至關(guān)重要?；诮Y(jié)構(gòu)面攝影測(cè)量技術(shù)，對(duì)南幫斷層、節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，獲取南幫邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征。采用經(jīng)驗(yàn)法、數(shù)值計(jì)算法等對(duì)邊坡順層破壞、局部?jī)A倒落石形成機(jī)理及穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)分析。研究表明，陡傾順層層狀結(jié)構(gòu)邊坡局部?jī)A倒崩塌、楔形破壞是造成局部臺(tái)階破壞的主要因素。在采取清理措施可消除大多數(shù)不穩(wěn)定性塊體，對(duì)局部區(qū)域提出了相應(yīng)的加固與落石防護(hù)等綜合治理措施。

1 自然地理概況及工程地質(zhì)條件

1.1 自然地理概況

金寶鐵礦位于阿勒泰市南東75 km，海拔高程1 000～1 300 m。礦區(qū)北東和南西兩側(cè)地形切割強(qiáng)烈，溝谷多呈V型；礦區(qū)地形切割較淺，溝谷多呈U型，為構(gòu)造剝蝕和構(gòu)造侵蝕作用形成。年平均氣溫4.2 ℃，11 月至次年3 月為冰凍期，年均降水量212.56 mm。礦區(qū)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g［2］。

1.2 南幫邊坡工程地質(zhì)條件

礦區(qū)南幫主要工程地質(zhì)巖組為變粒巖、片麻巖、黑云母角閃片巖、磁鐵礦、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖和斷層等組成。根據(jù)礦區(qū)工程地質(zhì)條件可分為Ⅳ-1、Ⅳ-2和Ⅳ-3工程地質(zhì)分區(qū)（圖1）。

南幫Ⅳ-1剖面終了邊坡高度為281 m，邊坡角為47°，現(xiàn)狀邊坡高度為136 m，邊坡角為44～53°。邊坡巖體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，邊坡破壞模式為受褶皺層面的控制的小型局部滑塌。Ⅳ-2 剖面終了邊坡高度為323 m，邊坡角為46°，現(xiàn)狀邊坡高度為120 m，邊坡角為42°。該區(qū)域邊坡上部區(qū)域呈強(qiáng)風(fēng)化散體結(jié)構(gòu)，下部呈塊狀結(jié)構(gòu)，陡傾順層結(jié)構(gòu)面是控制邊坡穩(wěn)定的主要因素。

1.3 邊坡巖體結(jié)構(gòu)

利用ShapMetrix 3D 近景攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)新疆金寶露天南幫開展結(jié)構(gòu)面調(diào)查，代表性的測(cè)點(diǎn)節(jié)理產(chǎn)狀見表1。邊坡呈層狀結(jié)構(gòu)，邊坡結(jié)構(gòu)面傾角大于臺(tái)階剖面角。

1.4 邊坡巖體力學(xué)參數(shù)

開展邊坡巖體物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查和邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)，采用Hoek-Brown 方法確定邊坡巖體力學(xué)參數(shù)，如表2所示。

2 露天邊坡變形破壞機(jī)理

2.1 Ⅳ-1區(qū)邊坡變形破壞機(jī)理

Ⅳ-1 剖面主要受陡傾層狀巖體控制，在邊坡爆破振動(dòng)等損傷和擾動(dòng)下，赤平極射投影分析表明邊坡主要表現(xiàn)為傾倒、崩塌破壞（圖2）。有元模擬模擬表明，邊坡中部大理巖褶皺軸部是拉應(yīng)力集中的區(qū)域，加之其層狀結(jié)構(gòu)面發(fā)育，是穩(wěn)定性較差區(qū)域［4］?，F(xiàn)狀邊坡塑性區(qū)主要分布于1 080 m 臺(tái)階上部，該區(qū)域是褶皺軸部，同時(shí)是風(fēng)化帶部位，因此揭露后應(yīng)根據(jù)情況酌情采取治理措施（圖3）。開采終了時(shí)塑性區(qū)在中下部出現(xiàn)較小（圖4）。

2.2 Ⅳ-2區(qū)邊坡變形破壞機(jī)理

Ⅳ-2 剖面主要受陡傾層狀巖體控制，在邊坡爆破振動(dòng)等損傷和擾動(dòng)下，赤平極射投影分析表明邊坡主要表現(xiàn)為楔形—平面破壞［4］（圖5）。數(shù)值分析表明，邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)在F3 斷層、角閃片巖處，斷層和陡傾結(jié)構(gòu)面對(duì)局部組合臺(tái)階邊坡不利，總體邊坡坡腳未出現(xiàn)明顯塑性區(qū)貫通破壞（圖6、圖7）。

3 露天邊坡穩(wěn)定性分析

依據(jù)文獻(xiàn)［5］選定邊坡工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)：天然工況FOS=1.20；爆破工況FOS=1.18；地震工況FOS=1.15。分別采用極限平衡法中Bishop 法、Spencer 法和M-P 法等對(duì)Ⅳ-1 剖面、Ⅳ-2 剖面總體穩(wěn)定性進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計(jì)算結(jié)果見表3。

由表3可知，Ⅳ-1剖面邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)均滿足文獻(xiàn)［5］要求，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡1 080 m臺(tái)階上部局部受斜長(zhǎng)角閃巖、F3 斷層和褶皺層面的控制，是褶皺軸部，同時(shí)是風(fēng)化帶部位，局部滑塌，在采取壓腳措施后，該區(qū)域邊坡已經(jīng)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。為保護(hù)1 080 m水平運(yùn)輸?shù)缆?，可適當(dāng)開展落石防護(hù)。

由表3可知，Ⅳ-2剖面邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)均滿足文獻(xiàn)［5］要求，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。該區(qū)域受結(jié)構(gòu)面、F3 斷層和陡傾結(jié)構(gòu)面的影響較大。區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)面組合形成楔形、平面型破壞較多，目前局部組合臺(tái)階邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，安全儲(chǔ)備不足，建議在后期繼續(xù)針對(duì)局部斷層出露位置開展局部邊坡治理。

4 南幫露天邊坡防護(hù)措施

針對(duì)南幫邊坡局部落石和順層—楔形塊體滑塌破壞，提出采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和局部錨桿支護(hù)措施進(jìn)行防護(hù)。采用RocFall 軟件對(duì)Ⅳ-1 區(qū)落石運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算輸入相關(guān)參數(shù)［6］：清掃平臺(tái)正向恢復(fù)系數(shù)0.32，切向恢復(fù)系數(shù)0.82，摩擦角20°；坡面正向恢復(fù)系數(shù)0.40，切向恢復(fù)系數(shù)0.90，摩擦角28°；滾石的初始水平速度為0.4 m/s，初始垂直速度0.2 cm/s，落石塊度按50～1 000 kg進(jìn)行敏感性分析。

1 080 m 運(yùn)輸?shù)缆肥锹涫雷o(hù)的對(duì)象，圖8 計(jì)算結(jié)果表明在1 080 m水平采用布置防護(hù)網(wǎng)可以攔截大部分落石。根據(jù)落石彈跳高度和能量計(jì)算結(jié)果（圖9、圖10），在1 080 m平臺(tái)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)高度3.5 m，按照防護(hù)450 kg落石能量，防護(hù)能級(jí)為200 kJ。

此外，采場(chǎng)邊幫并段臺(tái)階之間設(shè)有5 m 寬度的安全平臺(tái)和8 m、15 m 寬的清掃平臺(tái)，平臺(tái)堆積落石較少，僅局部區(qū)域殘留較多落石。建議礦山定期清理邊坡浮石，消除邊幫落石帶來的安全隱患。在平臺(tái)邊緣修筑攔石擋墻，保留部分碎石等作為卸能作用。

采場(chǎng)南幫臺(tái)階局部出現(xiàn)局部塊體與斷層面順層組合的楔形體破壞，巖石較為破碎，受爆破震動(dòng)影響，易垮落。對(duì)于不穩(wěn)定塊體采取全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿局部加固，并掛網(wǎng)噴漿防止降雨和融雪水入滲，可保證局部塊體的穩(wěn)定性［3］。

5 結(jié)語

（1）新疆金寶鐵礦南幫邊坡工程地質(zhì)調(diào)查及結(jié)構(gòu)面攝影測(cè)量表明，斷層帶、褶皺、順層陡傾層面等一系列不利地質(zhì)結(jié)構(gòu)是造成臺(tái)階邊坡發(fā)生局部破壞的主要原因。

（2）采用經(jīng)驗(yàn)法、數(shù)值計(jì)算法研究表明陡傾順層層狀結(jié)構(gòu)邊坡局部?jī)A倒崩塌、楔形破壞是造成臺(tái)階局部破壞的主要模式，但總體邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，建議對(duì)局部采取防護(hù)措施。

（3）在采取清理措施可消除大多數(shù)不穩(wěn)定性塊體，對(duì)局部區(qū)域采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)可保障運(yùn)輸?shù)缆钒踩Ｅ_(tái)階局部順層塊體破壞采用清理或全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿掛網(wǎng)支護(hù)，取得了良好的效果。