曾慶偉

（甕福集團(tuán)甕福磷礦穿巖洞礦，貴州 福泉 550500）

露天礦山邊坡的不穩(wěn)定對(duì)于周圍很多的區(qū)域造成了嚴(yán)重的破壞，所以露天礦山邊坡的穩(wěn)定性越來越受到人們的關(guān)注，但是露天礦山邊坡的穩(wěn)定性會(huì)受到各種因素的影響，其中直接的影響因素就是礦邊坡的地質(zhì)條件，所以本文將深度的探討有關(guān)露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析方法。

1 露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析的常規(guī)步驟與不足

1.1 露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析的常規(guī)步驟

進(jìn)行露天礦山邊坡穩(wěn)定性調(diào)查分析有著基本分析步驟，首先要對(duì)所要調(diào)查的礦邊坡進(jìn)行地質(zhì)勘查，然后對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行具體特點(diǎn)的劃分并采取樣本；接著利用邊坡的巖石樣本進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，了解所調(diào)查礦邊坡的巖石力學(xué)特點(diǎn)，進(jìn)一步得到礦邊坡不同區(qū)域的力學(xué)參數(shù)；對(duì)樣本所在區(qū)域進(jìn)行調(diào)查和分析，通過計(jì)算分析得到相關(guān)的巖石穩(wěn)定性系數(shù)，并且進(jìn)行具體的穩(wěn)定性系數(shù)的代入，從而能夠更加深入的調(diào)查有關(guān)區(qū)域的邊坡區(qū)域的穩(wěn)定性狀況。

1.2 目前露天礦邊坡穩(wěn)定性分析方法的不足

目前針對(duì)于露天礦邊坡的穩(wěn)定性分析有了一定基礎(chǔ)的調(diào)查步驟，但是在進(jìn)行具體的分析的時(shí)候很多的方法和步驟在運(yùn)用時(shí)并不精確，所以目前露天礦邊坡穩(wěn)定性分析方法還有比較大的不足需要我們改進(jìn)。對(duì)于目前的礦邊坡穩(wěn)定性分析的方法來說，不足之處主要有：

（1）相關(guān)的結(jié)構(gòu)面的選取樣本比較局限于局部。我們?cè)谶M(jìn)行露天礦山邊坡巖石的結(jié)構(gòu)面選取的時(shí)候，主要是進(jìn)行整個(gè)露天礦山邊坡的區(qū)域劃分，進(jìn)行組合式的勘探，但是在具體的應(yīng)用過程中很多的物理實(shí)驗(yàn)人員，卻把局部的結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)力學(xué)特點(diǎn)作為整個(gè)礦邊坡或者整個(gè)分區(qū)域來進(jìn)行研究，這就容易導(dǎo)致在相關(guān)的力學(xué)參數(shù)以及很多的穩(wěn)定性系數(shù)的獲取的時(shí)候，出現(xiàn)相對(duì)的誤差。

（2）結(jié)構(gòu)面計(jì)算參數(shù)求解的不足。在進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)參數(shù)獲取的時(shí)候，很多參數(shù)在試驗(yàn)中獲取的過程比較復(fù)雜。地質(zhì)巖石的不確定性，調(diào)查的礦邊坡穩(wěn)定性特點(diǎn)并不能有效的呈現(xiàn)出理論的規(guī)律系數(shù)，所以在進(jìn)行有關(guān)的穩(wěn)定性系數(shù)的獲取的時(shí)候，可能需要依靠多方面的調(diào)查資料才能有效精準(zhǔn)的確定相關(guān)區(qū)域的穩(wěn)定性狀況的，試驗(yàn)人員會(huì)因?yàn)橛械馁Y料獲取的不便，而采取單一結(jié)構(gòu)面的相關(guān)資料來確定復(fù)雜的穩(wěn)定性系數(shù)，因此可見目前很多的穩(wěn)定性系數(shù)的獲取存在一定的缺陷，同樣的利用這種不夠精確的穩(wěn)定性系數(shù)對(duì)整個(gè)礦邊坡進(jìn)行分階段的衡量時(shí)，顯然穩(wěn)定性結(jié)果也會(huì)存在一定的偏差。

2 邊坡穩(wěn)定性精準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法的提出

考慮到常規(guī)分析中存在的不足，為了更準(zhǔn)確獲取露天礦山邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果，接下來提出了“精度、精細(xì)、精確、精準(zhǔn)”的邊坡穩(wěn)定性精準(zhǔn)評(píng)價(jià)理念及其解決辦法：

（1）邊坡分析尺度的精度劃分。露天礦山邊坡的工程巖體中發(fā)育有不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)面，不同規(guī)模、不同空間位置的結(jié)構(gòu)面對(duì)礦山邊坡穩(wěn)定性影響的程度和范圍必然不同?？紤]結(jié)構(gòu)面位置和結(jié)構(gòu)面規(guī)模對(duì)總體邊坡、組合臺(tái)階邊坡、臺(tái)階邊坡穩(wěn)定性的差異化作用，分別開展不同等級(jí)邊坡的分級(jí)建模與破壞模式分析，正所謂“一把鑰匙開一把鎖”，可為系統(tǒng)評(píng)價(jià)露天邊坡穩(wěn)定性提供客觀真實(shí)的計(jì)算模型。

（2）不同范圍結(jié)構(gòu)面的精細(xì)量測(cè)。結(jié)構(gòu)面有大有小、有長有短，對(duì)普遍受結(jié)構(gòu)面控制的露天礦巖質(zhì)邊坡而言，必須重視不同級(jí)別結(jié)構(gòu)面的影響，對(duì)不同尺度與影響范圍的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行精細(xì)量測(cè)，獲取其控制性優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面。

（3）結(jié)構(gòu)面參數(shù)的精確獲取。結(jié)構(gòu)面不僅尺寸規(guī)模不同，而且結(jié)構(gòu)面的粗糙程度、起伏程度各有不同，由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面的抗剪參數(shù)亦不相同。因此，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)面，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)必須提供針對(duì)性的剪切參數(shù)，如此才能確保邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（4）與破壞模式相對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性分析方法的精準(zhǔn)選取。在《有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50771-2012）和《冶金礦山采礦設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50830-2013）中均明確規(guī)定“邊坡穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)以極限平衡法為主”，但極限平衡法的計(jì)算方法有很多，如簡(jiǎn)化Bishop法，摩根斯坦-普賴斯法，Sarma法，傳遞系數(shù)法，楔體法等，不同方法對(duì)應(yīng)不同的破壞模式。因此，只有準(zhǔn)確判定邊坡可能的破壞模式，在此基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的極限平衡計(jì)算方法，才可能獲得準(zhǔn)確的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析的應(yīng)用實(shí)踐

穿巖洞露天礦位于貴州省福泉市與甕安縣交界處，屬于工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦區(qū)。采場(chǎng)現(xiàn)狀露天境界內(nèi)最高標(biāo)高1392m，最低標(biāo)高996m，現(xiàn)狀回采境界尺寸南北長約1650m，東西寬約1010m，臺(tái)階高度12m。根據(jù)對(duì)采場(chǎng)東南部區(qū)域1080m～1392m平臺(tái)邊坡的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合開采現(xiàn)狀和地形條件，本次應(yīng)用實(shí)踐范圍主要為東南幫邊坡。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面調(diào)查統(tǒng)計(jì)與分析和獲得的邊坡巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，將穿巖洞礦邊坡區(qū)域東南方向進(jìn)行了10個(gè)剖面的劃分，具體剖面位置如下圖所示。

圖1 露天礦開采界限劃分圖

圖2 露天礦邊坡剖面圖

（1）穿巖洞礦邊坡安全系數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)的提出?，F(xiàn)狀開采條件下，穿巖洞礦露天邊坡最高為384m，如果邊坡發(fā)生失穩(wěn)，則會(huì)對(duì)采場(chǎng)內(nèi)作業(yè)人員的生命造成威脅，因此，邊坡危害等級(jí)屬“嚴(yán)重”，按《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB51016—2014）可評(píng)定為工程安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)；本次計(jì)算分析穿巖洞露天邊坡安全系數(shù)統(tǒng)一按表1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 穿巖洞礦露天礦邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

（2）現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性力學(xué)計(jì)算方法選擇與分析。從穿巖洞礦邊坡現(xiàn)狀來看，邊坡的穩(wěn)定受到相應(yīng)的巖體結(jié)構(gòu)面具體力學(xué)參數(shù)以及具體結(jié)構(gòu)面地質(zhì)特點(diǎn)影響，所以在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，應(yīng)該對(duì)不同巖石的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行具體的劃分，不同的邊坡穩(wěn)定性相應(yīng)的還受到不同的巖石地質(zhì)的破壞程度的影響，所以在進(jìn)行有關(guān)的地區(qū)結(jié)構(gòu)面的分析的時(shí)候，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)不同的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分區(qū)域的破壞程度的具體分析。

通過確定的巖體力學(xué)參數(shù)、結(jié)構(gòu)面抗剪參數(shù)等，進(jìn)行組合式以及臺(tái)階組合式、臺(tái)階式的分級(jí)劃分，同時(shí)由于不同的結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)特點(diǎn)不同，相應(yīng)的邊坡巖石的破壞程度也有著明顯的差別。因此，本次應(yīng)用的穩(wěn)定性系數(shù)求解方法主要選擇了極限平衡法和強(qiáng)度折減法。

對(duì)現(xiàn)狀邊坡10個(gè)剖面分別采用基于極限平衡法和強(qiáng)度折減法在邊坡結(jié)構(gòu)面三種工況條件下進(jìn)行具體穩(wěn)定性參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見下表。

表2 現(xiàn)狀邊坡各剖面安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果（極限平衡法）

表3 現(xiàn)狀邊坡各剖面安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果（強(qiáng)度折減法）

（3）應(yīng)用成果。在具體礦邊坡穩(wěn)定性分析狀況中，由于不同的礦邊坡破壞程度不同，相應(yīng)的穩(wěn)定性系數(shù)求解以及應(yīng)用的方法也存在著具體的差別，所以在進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用中會(huì)選擇不同方法。通過采用極限平衡和強(qiáng)度折減法對(duì)穿巖洞礦整體邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，現(xiàn)狀條件下邊坡安全系數(shù)均較大，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

通過對(duì)穿巖洞礦現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析提出的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)穿巖洞礦邊坡進(jìn)行不同區(qū)域的劃分，分別采取極限平衡法以及強(qiáng)度折減法進(jìn)行計(jì)算，準(zhǔn)確獲取了現(xiàn)狀邊坡安全系數(shù)，經(jīng)與穿巖洞礦露天礦邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，穿巖洞礦現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定性較好。