夏鋼源

（云南磷化集團有限公司）

維護露天邊坡的穩(wěn)定是礦山安全管理的重點之一，必須采取可靠的技術和管理手段維護采場邊坡安全［1-3］。諸多專家學者開展了大量研究工作，余國等［4］建立了基于GIS 的三維邊坡穩(wěn)定性分析擴展模塊，實現(xiàn)多種組合荷載下的邊坡穩(wěn)定性計算；吳孟龍等［5］建立了定性與定量相結合的RAG-APPC 等級評價云模型，指出影響邊坡穩(wěn)定性的最主要因素是邊坡高度；王杰等［6］建立了基于未確知測度理論的露天邊坡穩(wěn)定性評價模型；黃篤學等［7］采用了有限元極限平衡法開展了邊坡模擬計算，提出邊坡節(jié)理傾角、內摩擦角、黏聚力是控制滑坡破壞模式的主要因素；周子涵等［8］建立了爆破荷載下巖質邊坡失穩(wěn)的尖點突變理論模型，導出了邊坡的動態(tài)自穩(wěn)臨界高度，并提出了失穩(wěn)判據(jù)。

論文以昆陽磷礦露天采場南部邊坡為研究對象，開展邊坡巖體質量分級及穩(wěn)定性計算分析，并提出可靠的安全控制措施，為類似條件邊坡穩(wěn)定性控制提供參考［9-11］。

1 概況

昆陽磷礦礦區(qū)范圍內地層由老至新為震旦系燈影組（Zbdn）、寒武系下統(tǒng)漁戶村組（?1y）、中誼村組（?1z）、筇竹寺組（?1q）、泥盆系中統(tǒng)海口組（D2h）、下石炭統(tǒng)大塘組（C1d）及第四系（Q）。昆陽磷礦礦體在香條沖背斜南翼，東西走向，傾向向南緩傾斜的單斜構造，平均傾角為16°，其產狀完全與圍巖地層產狀一致。

礦山露天采礦工作幫和最終邊幫的邊坡類型為逆向層狀巖質邊坡，其組成巖層為筇竹寺組一至四段（?1q1-4）黑色粉砂巖、白色質泥質粉砂巖、雜色粉砂質黑色頁巖、灰色暗綠色頁巖、泥盆系中統(tǒng)?？诮M石英砂巖（D2h）。巖組單軸抗壓強度為71.8～193.7 MPa，屬堅硬巖類。依據(jù)設計臺階參數(shù)，南部靠幫邊坡角為42°～50°，邊坡最高高度為130 m。設計采場最終邊坡設計參數(shù)見表1。

2 巖石力學測試及巖體質量分級

2.1 巖石力學參數(shù)測試

依據(jù)昆陽磷礦采場邊坡揭露的工程地質巖體，有針對性地選筇竹寺組（?1q1-4）黑色粉砂巖、礦體、底板砂質白云巖進行室內物理力學參數(shù)測試試驗；以黃油作為耦合劑，進行6個黑頁巖試塊的縱波波速測試，試塊為標準圓柱形試件，直徑為50 mm，高度為10 cm。測試結果見表2、表3。

2.2 邊坡巖體質量分級

采場邊坡工程巖體因塊度和不連續(xù)面的影響，現(xiàn)場巖體的強度往往小于巖塊的強度，在巖體工程設計中，應采用巖體強度指標。因此，通過室內試驗掌握巖塊強度參數(shù)后，應采用規(guī)范和經驗公式進行力學參數(shù)的折減。

為掌握邊坡巖體的完整性類型，首先在+2 040 m水平黑頁巖中布置2 個孔進行波速測試；結果表明，巖體的波速隨著深度發(fā)生變化，至分界深度7 m 時縱波波速增長較小并趨于穩(wěn)定值，經測試，巖體的穩(wěn)定波速均值為2 189.45 m/s。

由表1 可知，黑頁巖的單軸抗壓強度Rc為65.65 MPa，屬堅硬巖類。

巖體完整性系數(shù)Kv用聲波試驗結果按下式確定：

式中，V為巖體的波速，m/s；Vr為巖塊的波速，m/s。

經計算，Kv=0.69。黑頁巖完整性系數(shù)0.69 介于0.55～0.75，屬于較完整的巖體。

邊坡工程巖體質量指標：

式中，BQ 為巖體基本質量指標；［BQ］為BQ 的修正值；λ為邊坡結構面修正系數(shù)，取0.65；k4為地下水影響修正系數(shù)，邊坡位于浸潤線以上時取0；k5為邊坡工程結構面產狀修正系數(shù)，因邊坡傾角與結構面傾角反向，k5=0。

礦山地質資料顯示，黑頁巖屬于常規(guī)地質巖體，無其他特殊性，BQ值可按下式計算：

經計算，BQ=469.45。

依據(jù)《工程巖體分級標準》（GB 50218T—2014），黑頁巖具體劃分如下：從定性而言，黑頁巖屬堅硬巖類，較完整的巖體，劃分為Ⅱ級。從定量而言，黑頁巖BQ 值為469.45，在451～550，屬于Ⅱ級。結合定性、定量分析確定，昆陽磷礦邊坡巖體質量分級為Ⅱ級。

3 邊坡穩(wěn)定性計算分析

3.1 邊坡工程安全等級

礦山西側開挖邊坡與巖層結構面傾向相反，屬于反坡，處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定主要受控于巖體自身強度。

采場最終邊坡高度平均小于130 m，為中邊坡，危害等級為III 級，確定昆陽磷礦露天采場邊坡工程安全等級為III級。

3.2 采場邊坡穩(wěn)定性分析

露天邊坡穩(wěn)定性計算一般選擇有代表性的剖面進行，根據(jù)礦山采場邊坡分布情況，這里分別在采場東部、中部和西部各選擇1個計算剖面，對應剖面1—1、A—A和2—2；采用極限平衡法借助巖質邊坡分析軟件SLIDE進行各個剖面的穩(wěn)定性計算，各剖面穩(wěn)定性系數(shù)計算結果見表4。這里列出剖面1—1 計算結果，如圖1所示。

注：工況I—自重+地下水工況；工況II—自重+地下水+爆破工況；工況III—自重+地下水+地震工況。

根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范》（GB 51016—2014）［14］，不同荷載組合下總體邊坡的設計安全系數(shù)應滿足表5的規(guī)定。

由邊坡剖面穩(wěn)定性計算結果可知，在自重+地下水工況下（工況I），采場邊坡不同區(qū)域邊坡剖面安全系數(shù)為1.264～1.295，均大于1.15；自重+地下水+爆破工況下（工況II），采場不同區(qū)域計算剖面安全系數(shù)為1.161～1.198，均大于1.13；自重+地下水+地震工況下（工況III），采場不同區(qū)域計算剖面安全系數(shù)為1.175～1.211，均大于1.10。

綜上可知，3 個剖面計算的邊坡安全系數(shù)均滿足《非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范》邊坡工程安全等級III 級的安全系數(shù)要求，不同區(qū)域邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)；按照設計參數(shù)進行礦山開采后，最終形成的采場邊坡見圖2，邊坡穩(wěn)定性較好，未發(fā)生失穩(wěn)垮塌事故，有力證明了設計參數(shù)和計算分析結果的可靠性。

4 邊坡穩(wěn)定性控制措施

為進一步提高采場邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，保證生產作業(yè)過程中采場邊坡的安全與穩(wěn)定，采取了以下控制措施：

（1）嚴格按照設計臺階參數(shù)開采，根據(jù)設計的最終邊坡角確定采場南部開采境界線，并在實地設置明顯標識，采掘工作面沿著警戒線布置。

（2）靠幫邊坡采用預裂爆破技術［15］，通過精準測量、布孔等技術措施保證預裂線嚴格與邊坡線平行，降低規(guī)模開采爆破振動對邊坡穩(wěn)定性的影響。

（3）鄰幫爆破時控制每次爆破的規(guī)模，減小單次爆破炸藥使用量，降低爆破振動危害。

（4）為減少邊坡巖體的暴露時間，采用沿礦體走向分區(qū)開采，提高分區(qū)回采效率。

（5）設置采場邊坡位移監(jiān)測系統(tǒng)，布置多個位移監(jiān)測點，及時掌握邊坡變形演變規(guī)律，指導生產邊坡穩(wěn)定性控制。

5 結論與建議

（1）昆陽磷礦南部邊坡是逆層邊坡，邊坡工程安全等級為III 級。典型剖面的SLIDE 計算分析表明，采場邊坡安全系數(shù)滿足《非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范》的要求，采場邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。按照采場設計參數(shù)回采后，邊坡穩(wěn)定性較好，證明了設計參數(shù)和計算分析結果的可靠性。

（2）在礦山開采過程中，采取靠幫預裂爆破、控制鄰幫爆破規(guī)模和炸藥使用量、設置邊坡變形監(jiān)測點等控制措施，是保證采場邊坡安全的重要技術手段，對于提高昆陽磷礦南部邊坡的安全與穩(wěn)定發(fā)揮積極作用。

（3）建議采用“客土噴播”等技術進行采場邊坡的復墾綠化，創(chuàng)建優(yōu)良的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，為綠色礦山建設創(chuàng)造有利條件。