劉永康

（中鋁礦業(yè)有限公司，河南 鄭州 450041）

我國具有很獨特的地質(zhì)條件和比較復雜的地形，對于我國的社會發(fā)展有著很大的影響，鋁土礦滑坡和邊坡的穩(wěn)定性一直是我國工程建設(shè)中極具中國特色的一個問題，露天鋁土礦邊坡的穩(wěn)定性直接影響到工程建設(shè)的發(fā)展，人員的財產(chǎn)以及生命安全。對露天鋁土礦邊坡變形程度進行檢測，并通過施工人員提交的邊坡變形程度和數(shù)據(jù)報告進行穩(wěn)定性預測，是一項非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，對穩(wěn)定性預測及控制技術(shù)進行研究，具有很重要的意義。

1 礦區(qū)基本情況介紹

一般鋁土礦有很多層不同的地層系統(tǒng)組成，由老到新，舉例來說，一些泥灰?guī)r、石炭巖、云巖等含有鐵質(zhì)的鋁土礦，煤、砂巖、灰?guī)r，在之后的層級是黃土，紅土和一些殘破的沖積物，這些物質(zhì)占了全部面積的80%，其內(nèi)部構(gòu)造相對簡單，上邊的裂痕和斷裂口徑對鋁土礦有一定的破壞作用，斷層相對穩(wěn)定，只起到一點控制作用，沒有太大損壞。其間存在斷層，規(guī)模也不是很大，影響較小。礦區(qū)最常用的開采方式是露天開采，開拓方式為公路運輸開拓，開采使用傳統(tǒng)工藝：先穿孔、然后實施爆破，最后進行裝車，運輸，計算建立模型結(jié)合對邊坡穩(wěn)定性的計算分析，簡化過程可以合理化的節(jié)省大量的時間和資源，本文通過研究彈性力學，把縱向相對較長的邊坡結(jié)構(gòu)體系結(jié)合其受力作用下的變形特點，化簡為平面的力學問題進行研究，本次試驗選擇了上下垂直結(jié)構(gòu)的代表性邊坡結(jié)構(gòu)進行剖面研究對象。根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)合礦山的地址勘察以及工程報告選取了普通典型的剖面進行研究，層級一點點往下鋁土礦，煤、砂巖、灰?guī)r等，最后建立數(shù)據(jù)模型表格，如圖1。

圖1 模型網(wǎng)格及尺寸

模型底部長340m，左側(cè)高144m，右側(cè)高76m。約束條件下部水平合適垂直位移的邊界，左右兩邊可以控制水平結(jié)構(gòu)，上方?jīng)]有邊界限制，研究類型以巖體為主，泥灰?guī)r，灰?guī)r，砂巖等，模型采用國際標準coulomb，分析數(shù)據(jù)采用軟件為flac，礦區(qū)附近是溝壑等地勢較低的區(qū)域，這部分巖體應力小，地下水的作用較小，所以暫時不考慮地下水的影響，建立模型進行數(shù)據(jù)分析。

2 工程地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，內(nèi)部進行試驗

鋁土礦在地質(zhì)方面的資料有很多，相對來說比較完善，可以通過多種方法進行觀測位移，勘探滑坡，基建邊坡，所以，在進行研究試驗前，要充分的收集地質(zhì)方面的材料，進行利用，并按照需求對需要探查的低于進行現(xiàn)狀分析和開采設(shè)計，畫出平面圖等，能夠清晰了解內(nèi)部構(gòu)造結(jié)構(gòu)，以及這些巖體的剛硬程度等力學特點。

就邊坡整體情況結(jié)合實際來說，對于一些巖石結(jié)構(gòu)，降雨的滲透，邊坡產(chǎn)生滑坡等問題進行實地的詳細勘察，對這種類型的勘察主要是明確礦區(qū)周圍各種不同類型巖石的分布以及接觸規(guī)律，礦物的組成成分以及內(nèi)部構(gòu)造，此外，對于一些不能確定的巖石進行取樣分析，對物理力學進行試驗分析，從而獲得需要進行研究的參數(shù)。對結(jié)構(gòu)面進行勘察的目的是為了明確礦區(qū)采集所需要的結(jié)構(gòu)類型，形狀以及性質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)面具有一定的連續(xù)性，分布特征比較明顯，間距和之間的密度相對存在一定的厚度，包括成分和其中的一些性質(zhì)特征。對結(jié)構(gòu)面的勘察調(diào)研得到的數(shù)據(jù)進行整理，運用極射投影的方式進行展示。

3 預測研究

綜合上述巖石周圍力學性質(zhì)的分析，考慮到尺寸效應，環(huán)境效應等多方面的因素影響，對實驗進行合理化的人工處理，對礦巖巖體力學參數(shù)進行數(shù)據(jù)分析，總結(jié)數(shù)據(jù)如下，各項類型指標參見表1。

表1 礦巖巖體力學參數(shù)

露天開采是按照一定順序進行開采的過程，巖體的應力一點點釋放，在開采中，地層本身周圍存在著一定的原始作用應力，地層的質(zhì)點會受到來自三個不同方向的應力作用，這種應力是受到控制的，會使作用物體處于一個平衡的狀態(tài)，一旦開始采集，原始的應力就會遭到破壞，相對的平衡也會遭到破壞，應力變形也就隨著產(chǎn)生，比如移動上方巖石，會導致底部巖石回彈，在力的作用下發(fā)生形變，在不同的階段邊坡應力不同，破壞的形態(tài)也不一樣，因此需要研究開采過程中，位移的變化，邊坡幅度的趨勢，如圖2所示，設(shè)置了監(jiān)測點，通過檢查k1到k11對邊坡的上盤和下盤進行分析，1-6位開采順序。

圖2 邊坡監(jiān)測點布置情況

表2 不同監(jiān)測點處最終水平位移量

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以看出，K1到k7監(jiān)測點位于上盤，處于巖體的坡腳，各個檢測位置的邊坡按照1-6的順序越來越大，最大的位移監(jiān)測點發(fā)生在K5和k6附近，這之間的位置處于石灰?guī)r和砂巖分界面之間，在應力的作用下，巖體發(fā)生破壞，水平位移的幅度最大，k7檢測點也屬于邊坡的坡腳，但其受到的應力卻很小，幾乎沒有發(fā)生水平位移，下盤k9的位置位移相對來說也比較大。從另一種垂直豎向分布的應力作用來看，邊坡開采之后由于邊界的位置發(fā)生了變化，巖石的分布產(chǎn)生變化并重新分布，巖體的大部分領(lǐng)域仍然屬于應力區(qū)域，隨著開采過程的逐漸進行，巖體垂直豎向的應力一點點釋放出來，自由平面附近的垂直豎向應力比較小，越往巖體深處，應力產(chǎn)生的作用越大，巖體垂直豎向的應力，隨著平面區(qū)域的滑坡面幅度變化而發(fā)生變化。

根據(jù)這一特點，通過flac記性拆減邊坡強度計算，可以得到下坡滑面的位置，處于滑坡面下方邊緣部位的石灰?guī)r，按地質(zhì)不同和砂巖產(chǎn)生分界面，行程一種類似圓弧狀的形狀，邊坡其他位置的形狀變化必要統(tǒng)一，趨近連續(xù)，無太大變化，安全系數(shù)較高，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，與分析的結(jié)論基本保持一致。

4 邊坡穩(wěn)定性控制方案與措施

控制邊坡穩(wěn)定的方法很多，總體可以歸納為兩個大類，一種是戰(zhàn)略型防御措施，一種是戰(zhàn)術(shù)性防御措施，戰(zhàn)略性的防御措施指的是在邊坡發(fā)生損壞之前就提前采取一定的防護措施進行預防，戰(zhàn)術(shù)性防御措施指的是在邊坡采礦過程中因為某些不可控因素引發(fā)的問題而才去的應急措施和手段進行防治。相應的措施可以根據(jù)經(jīng)驗進行規(guī)律總結(jié)，從而長期性的使用，是優(yōu)先需要考慮的防護措施，戰(zhàn)術(shù)性防護同樣不可或缺，下面針對這兩類措施進行歸納總結(jié)。

4.1 戰(zhàn)略防治措施

（1）對巖石的堆積方式和排序順序進行改造，鋁土礦穩(wěn)定性的最主要因素是物理力學性質(zhì)因摻雜著的排棄物而破壞地質(zhì)坡度，地質(zhì)條件等。堆積的形狀和參數(shù)配置，巖石排列等，通過分析排棄物的力學性質(zhì)和物理地形條件，采用多個排土場覆蓋式臺階。

（2）按照標準要求選擇高度，鋁土礦場的階段高度應該得到保障，排土的基本綜合技術(shù)需要穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，通過階段高度合理，技術(shù)經(jīng)濟穩(wěn)定的措施方案，才能保證排土的費用最低，通常情況下，一般鋁土礦臺階的高度不會超過18m。

（3）改善礦體底部地基的條件，增加底部的摩擦力，根據(jù)力學特點進行分析，可以知道排土場底部巖層排棄物受到力學強度的摩擦力，對穩(wěn)定性的影響效果顯著，像這種山坡滑坡形的排土場而言，應該最主要的就是進行地基的改善處理，通過增大摩擦阻力的方式改善條件：比如清楚巖石周圍地表上的植物，形成大面積的土坑，或?qū)⒌撞客诔赏剐螒B(tài)，堆積一些抗滑石塊等。

（4）預防泥石流，暴雨，大風天氣帶來的損壞，排土場地應該布置在積水面積很少的場地，然后再排土場地周圍建設(shè)排水溝及堤壩，攔截由于洪水和暴雨帶來的流水，進入排土基地，損壞設(shè)施，在排棄物附近設(shè)置上一層層的大款巖石進行鋪墊，有利于大氣排水從底部流出，疏干。

4.2 戰(zhàn)術(shù)防治措施

（1）排水。水的滲透對邊坡穩(wěn)定也會產(chǎn)生一定的影響，我們要盡可能減少地表的水向巖石中滲透，同時想辦法排除巖石里表面的地下水。

（2）設(shè)施加固。包括一些設(shè)施的檢查處理，應力錨桿，抗滑樁，防護墻的設(shè)施。

（3）壓腳。壓腳是借著支撐力使滑體表面增加摩擦力，從而提高穩(wěn)定性，適用于平移推進滑動的邊坡。

（4）爆破控制。爆破的方式對巖體邊坡的穩(wěn)定性是存在一定的危害的，因為這種爆破的方式使邊坡周圍的巖體遭到不同程度的破壞，導致了邊坡的不穩(wěn)定，所以準確的計算，合理地利用爆破技術(shù)是重中之中，爆破帶來的好處和速度是不言而喻的，這也就要在準確計算和安裝防護措施后盡可能的減少爆破帶來的危害，讓它更好地向著有利的方向發(fā)展，盡可能的減小破壞程度。

（5）改變巖層的巖石性質(zhì)，在巖體中，不同的層所能承受的力度是不一樣的，某些主要的滑坡部位都具有其最軟弱的部位，這個地段控制著滑坡的發(fā)生程度。想辦法提高這些軟弱層的硬度，可以有效地從根本上解決滑坡的問題，其中最好用的一種方式就是注漿法，一般采用水泥進行注漿，在一定壓力作用下，通過人工方式把漿液灌入到巖石裂縫中，凝結(jié)之后形成骨架，在一定形式下更加穩(wěn)定，在采用爆破的形式進行處理，可以很好地解決穩(wěn)定性的問題，事半功倍。

（6）對巖石堆置形狀和排棄順序進行改變。在實踐過程中對排土場穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性因素的內(nèi)容主要有廢棄物的物理力學性質(zhì)、場址、地形坡度、地基條件以及排棄順序等諸多內(nèi)容，在具體的穩(wěn)定性控制過程中可以對排棄物的物理學性質(zhì)及地形條件進行分析，應用多臺階覆蓋式排土場。以及壓腳坡式排土場與滬堤式排土場。相應的高度往往受到排土場地自身所擁有的各類綜合技術(shù)經(jīng)濟指標及穩(wěn)定性所控制，而技術(shù)經(jīng)濟合理的階段高度能夠確保排除的建設(shè)費用得以有效的降低，由此在一般情況下認為露天鋁土礦的排土場其自身地表坡頂接線水平以上的高度應當?shù)陀?0m。

5 結(jié)論

對鋁土礦露天礦邊坡應力狀態(tài)進行分析，可以反映露天礦開采過程中力學變化的特征，揭示邊坡失穩(wěn)的主要原因。結(jié)合程序自身的算法，可以判斷邊坡潛在的破壞滑動面，確定其穩(wěn)定性，為礦山設(shè)計提供參考，分析方法可供類似礦山采納和應用。在露天鋁土礦的開采過程中，邊坡穩(wěn)定性是一個重要的課題，貫穿于整個礦山服務期。特別是在地下開采過程中，會使露天礦邊坡產(chǎn)生嚴重的變形，使露天礦邊坡內(nèi)部原有的巖土應力平衡被打破，重新建立新的平衡，對現(xiàn)有露天礦邊坡造成極大的危害。所以，科學合理地評價邊坡穩(wěn)定性，有效的治理邊坡失穩(wěn)區(qū)，在實際開采中具有很高的實用價值。