石玲娣

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

礦山邊坡是礦山開(kāi)采活動(dòng)的間接產(chǎn)物，邊坡的高度﹑坡度以及范圍直接決定了安全支護(hù)的技術(shù)路徑，同時(shí)還要考慮到礦山邊坡的地質(zhì)條件因素。邊坡地質(zhì)災(zāi)害的主要形式為滑坡，并且滑坡的形式呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，常見(jiàn)的包括楔體滑坡﹑圓弧滑坡等。目前的礦山邊坡支護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，即可采用單一的支護(hù)技術(shù)，亦可多種技術(shù)并用，工程技術(shù)人員需廣泛研究各類(lèi)礦山邊坡支護(hù)技術(shù)，提高安全水平。

1 礦山邊坡的結(jié)構(gòu)及分類(lèi)

1.1 礦山邊坡的結(jié)構(gòu)

礦山開(kāi)采所用形成的邊坡常見(jiàn)于露天礦中，其結(jié)構(gòu)按照從上到下的順序依次包括了坡頂面﹑坡肩﹑坡面﹑坡角以及坡底面，這些結(jié)構(gòu)組合在一起形成了坡體。坡腳決定了邊坡的坡度，坡高和坡腳在很大程度上影響著邊坡的穩(wěn)定性，通常坡腳和坡高越大，邊坡出現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也就越大[1]。礦山邊坡的結(jié)構(gòu)可參考圖1來(lái)理解。

圖1 礦山邊坡示意圖

1.2 礦山邊坡的分類(lèi)

第一，按照成因劃分。①自然邊坡。礦山經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用逐漸形成，其大多分布在自然條件下的山坡和山谷區(qū)域，并且坡面長(zhǎng)期受到風(fēng)化和雨水的作用，容易形成破碎狀的巖土形態(tài)，自然邊坡滑塌的范圍通常較大，不易監(jiān)控和防范。②人工邊坡。露天礦山開(kāi)采時(shí)會(huì)在采空區(qū)的周?chē)a(chǎn)生坡面，為了提高邊坡的穩(wěn)定性，需在機(jī)械或者人工方式下調(diào)整邊坡的坡腳，有些邊坡是通過(guò)填筑方式形成的，稱(chēng)為填筑邊坡。有些邊坡采用開(kāi)挖方式形成，稱(chēng)為開(kāi)挖邊坡。無(wú)論采用哪一種邊坡施工技術(shù)，此類(lèi)邊坡都是在人工操作下形成的，因而可統(tǒng)稱(chēng)為人工邊坡。第二，按照組成物質(zhì)劃分。邊坡大體可分為土質(zhì)和巖質(zhì)兩類(lèi)不同的物質(zhì)組成，大部分礦山邊坡同時(shí)含有這兩類(lèi)物質(zhì)，不同的物質(zhì)組成導(dǎo)致邊坡的耐水性和滑坡風(fēng)險(xiǎn)存在較大的差異[2]。

2 礦山邊坡失穩(wěn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害成因分析

2.1 巖體結(jié)構(gòu)

第一，巖石類(lèi)型分析。礦山自然邊坡中含有大量的巖石，有些巖石質(zhì)地堅(jiān)硬﹑整體性好，此類(lèi)巖石不易產(chǎn)生滑塌。還有些巖石長(zhǎng)期受到環(huán)境因素的作用，導(dǎo)致其形成片狀﹑層狀﹑破碎狀的結(jié)構(gòu)形態(tài)，并且還在不斷地發(fā)育和變化之中，這些巖石易受到礦山開(kāi)采活動(dòng)的擾動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生局部或者整體性的滑塌。第二，巖體結(jié)構(gòu)。露天礦的邊坡無(wú)論是整體高度，還是綿延的長(zhǎng)度，一般都較大，在大范圍的邊坡中難免會(huì)出現(xiàn)巖體結(jié)構(gòu)斷裂的情況，換言之，此類(lèi)邊坡的巖體結(jié)構(gòu)在局部是不連續(xù)的，這是造成邊坡失穩(wěn)的常見(jiàn)因素之一。在分析礦山邊坡的巖體結(jié)構(gòu)時(shí)需從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。①結(jié)構(gòu)面的傾角和傾向。邊坡按照結(jié)構(gòu)面傾向和邊坡坡面傾向的相同與否分為同向緩傾坡面和反向緩傾坡面兩種，后者的穩(wěn)定性更好。在同向坡面中，巖層的穩(wěn)定性與傾角的陡峭程度相關(guān)，顯然，越陡峭越容易滑坡；②結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性。由于礦山邊坡的水平跨度可達(dá)到數(shù)公里之多，不連續(xù)的斷面更容易出現(xiàn)滑坡類(lèi)的地質(zhì)災(zāi)害[3]。

2.2 地下水和地表水

冬季冰雪的融化以及雨季產(chǎn)生的大量降水會(huì)從礦山上地勢(shì)較高的位置向礦坑內(nèi)流動(dòng)，有些是在坡頂面匯聚成徑流，沖刷礦山的坡面，有些則是順著巖層裂縫向下滲透，巖體中的孔隙﹑裂縫等為其提供了流通的渠道，還有些水體是地下水。無(wú)論水的來(lái)源如何，其對(duì)坡面穩(wěn)定性的危害是一致的。其一，水體賦存在巖體的孔隙之中可對(duì)其產(chǎn)生一定的靜水壓力和動(dòng)水壓力。靜水壓力是因?yàn)樗⒉涣鲃?dòng)，但其靜壓力是存在的。而動(dòng)水壓力是水在巖體孔隙中不斷流動(dòng)所引發(fā)的，這種沖刷作用會(huì)加劇巖體的破碎程度。其二，水體具有軟化坡面的作用。礦山坡面中存在一定含量的土質(zhì)成分，并且有些巖石在水的浸泡作用之下也會(huì)逐漸變軟。因此，水體產(chǎn)生的靜壓力﹑動(dòng)壓力以及軟化效應(yīng)都會(huì)顯著增加礦山坡面滑塌的風(fēng)險(xiǎn)，大量的礦山滑坡都是由此而引起的[4]。

2.3 爆破振動(dòng)

爆破作業(yè)是在礦山巖層表面打孔，然后將爆破的雷管埋設(shè)在其中，其爆炸威力﹑爆破范圍以及爆破深度等都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的計(jì)算，爆破的目的是將覆蓋在礦層表面的堅(jiān)硬巖石層破碎清除掉，借此來(lái)提高礦山開(kāi)采的進(jìn)度。爆破可引發(fā)地表的地質(zhì)作用，爆炸產(chǎn)生的沖擊波可在巖土層中傳播，礦山邊坡中不連續(xù)的巖土帶在爆破的劇烈擾動(dòng)作用下可產(chǎn)生滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)工程測(cè)算，爆破作用會(huì)引發(fā)巖土體中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度決定了邊坡破壞變形的程度，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)25.4m/s時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)小幅度的巖土剝落，運(yùn)動(dòng)速度越大，巖土破碎程度越嚴(yán)重，超過(guò)254m/s時(shí)，巖體將完全破碎，引發(fā)大面積的滑坡[5]。

2.4 坡體幾何形態(tài)

正如圖1所示，礦山邊坡的坡腳以及整體的坡高是滑坡風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)力學(xué)影響因素，如果坡腳為零，即使巖石層完全破碎，也不會(huì)出現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。坡角的存在導(dǎo)致重力對(duì)礦山坡面產(chǎn)生顯著的影響。露天礦山的邊坡在高度上甚至可達(dá)到數(shù)百米，如果邊坡的高度較大，且坡度也較為陡峭，那么其出現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性將進(jìn)一步上升[6]。因此，礦山邊坡的幾何形態(tài)（尤其是坡高﹑坡度）會(huì)顯著影響坡體的穩(wěn)定性。

3 礦山滑坡的常見(jiàn)形式

礦山滑坡的形式與地質(zhì)因素密切相關(guān)，不同地質(zhì)條件下的礦山滑坡呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，主要可分為四種滑坡形式。第一，楔體滑坡。這種滑坡在幾何形態(tài)上類(lèi)似于一個(gè)楔形體，當(dāng)傾角小于坡面角且大于摩擦角時(shí)，會(huì)引發(fā)此類(lèi)滑坡形式。第二，圓弧形滑坡。坡高大的碎裂巖體邊坡﹑土質(zhì)邊坡以及散體結(jié)構(gòu)巖體邊坡常出現(xiàn)圓弧形的滑坡面，剪切造成的破壞是其產(chǎn)生滑坡的主要原因，滑坡部分與邊坡的交界面呈現(xiàn)出弧形的姿態(tài)，故而稱(chēng)為圓弧形滑坡；第三，傾倒滑坡。有些自然邊坡或者人工邊坡的坡面中存在陡峭的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其受到重力的作用之后，陡峭面層向外側(cè)傾倒坍塌，形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。第四，平面滑坡。邊坡中局部區(qū)域以面層的形式整體向下滑坡，其幾何形態(tài)類(lèi)似于一個(gè)平面，這種滑坡是因?yàn)檫吰轮写嬖跀鄬?，在層間形成了錯(cuò)動(dòng)面[7]。礦山邊坡的四種常見(jiàn)滑動(dòng)形式可參考圖2來(lái)理解。

圖2 礦山邊坡滑坡常見(jiàn)形式示意圖

4 礦山邊坡支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用

礦山邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到礦山安全生產(chǎn)的管理效果，因而礦山開(kāi)采企業(yè)在日常管理中要對(duì)存在滑坡地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域?qū)嵤┤斯ぜ庸蹋唧w涵蓋了多種技術(shù)措施，常用的包括混凝土噴漿護(hù)坡﹑設(shè)置抗滑樁﹑設(shè)置金屬錨桿和錨索等。

4.1 抗滑樁施工技術(shù)要點(diǎn)

抗滑樁的作用原理較為簡(jiǎn)單明確，如圖3所示，將樁體以特定的方式設(shè)置到礦山邊坡上存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)的位置，樁體從側(cè)面向坡體產(chǎn)生阻礙作用，有效地防止其產(chǎn)生滑坡。目前可使用預(yù)制樁或者現(xiàn)澆樁來(lái)實(shí)現(xiàn)抗滑樁施工，預(yù)制樁包括鋼筋混凝土材質(zhì)和鋼材質(zhì)兩種主流形式?，F(xiàn)澆樁是在邊坡上的特定位置挖孔，然后搭設(shè)模板﹑下放鋼筋籠以及澆筑混凝土材料，使其形成穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)樁體。其施工方法上多采用挖孔灌注成樁的路徑。挖孔可采用機(jī)械及人工兩種形式，考慮到大部分礦山邊坡不宜搭設(shè)挖孔的機(jī)械，因而人工挖孔在施工中更為常見(jiàn)。以人工成孔為例，此類(lèi)施工的技術(shù)要點(diǎn)如下[8]。

圖3 抗滑樁常用結(jié)構(gòu)類(lèi)型（a-椅式、b-門(mén)式、c-排架勢(shì)）

第一，人工挖樁及護(hù)壁施工。①抗滑樁通常成排設(shè)置，施工單位需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確定位樁位以及成排樁體的軸線(xiàn)，放樣過(guò)程中要做好誤差控制（10mm以?xún)?nèi)）；②為了防止挖孔樁的孔口位置受外力擾動(dòng)變形，需建造專(zhuān)門(mén)的鎖口，其高度比原地面略高（一般是高出45cm）,鎖口采用現(xiàn)澆法施工，作業(yè)前需支模，確保其壁厚不低于40cm；③完成鎖口施工之后可為后續(xù)的挖孔作業(yè)創(chuàng)造良好的條件，如果作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的空間足夠搭設(shè)挖孔機(jī)械，此時(shí)可優(yōu)先選用機(jī)械挖孔的方式。否則應(yīng)采用人工挖孔的作業(yè)形式，有些地質(zhì)層為堅(jiān)硬的巖石，人工挖孔難以開(kāi)展，此時(shí)要采用爆破技術(shù)，在巖石上鉆孔，埋設(shè)炸藥爆破；④渣土運(yùn)輸。人工挖孔過(guò)程中會(huì)在孔內(nèi)產(chǎn)生大量的渣土，可在外圍搭設(shè)卷?yè)P(yáng)機(jī)，將渣土運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)；⑤護(hù)壁施工。由于抗滑樁的體積和尺寸相對(duì)較大，為了防止灌注混凝土前塌孔，需設(shè)置護(hù)壁，同樣為現(xiàn)澆法施工，搭建模板，在其中澆筑混凝土，壁厚控制在20cm，其中預(yù)埋鋼筋，提高護(hù)壁的整體性。

第二，鋼筋工程。抗滑樁中要設(shè)置大量的鋼筋，以提高其承載力和抗拉力。施工中使用的鋼筋材料需通過(guò)抽樣檢測(cè)的方式測(cè)定其抗拉性能﹑冷彎性能等是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鋼筋加工過(guò)程中需控制好搭接長(zhǎng)度并將搭接位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。鋼筋之間的固定方式為鐵絲綁扎或者焊接，具體需根據(jù)實(shí)際情況而定。待成孔護(hù)壁施工完畢之后，將鋼筋籠下放到孔內(nèi)，并做好加固措施。

第三，灌注混凝土材料。在抗滑樁鋼筋工程驗(yàn)收合格的情況下可繼續(xù)開(kāi)展后續(xù)的砼澆筑作業(yè)，工程技術(shù)人員在樁心澆筑的過(guò)程中要對(duì)其做好記錄，在具體操作的過(guò)程中要注意出料口和澆筑面之間的距離，如果二者距離過(guò)大，漿液中的粗骨料和水泥漿液之間可能會(huì)出現(xiàn)離席的現(xiàn)象，因而灌注時(shí)將距離控制在2m之內(nèi)。由于樁體高度較大，不可一次性灌注到位，而是應(yīng)采用分層灌注的方式，每一層的厚度控制在30cm左右，待下料之后使用插入式振搗棒對(duì)其實(shí)施充分的振搗，并且為了防止上下層交界面出現(xiàn)融合不均勻的情況，振搗棒插入的深度要越過(guò)上下層的交界面。樁體的養(yǎng)護(hù)也是非常關(guān)鍵的一道工序，由于樁體為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在凝固的過(guò)程中有可能產(chǎn)生干縮裂縫，因而要及時(shí)向其表面補(bǔ)水[9]。

4.2 混凝土噴漿護(hù)坡施工技術(shù)

對(duì)于坡度和高度都相對(duì)較小的礦山邊坡，可采用噴射砼護(hù)坡的技術(shù)方法，通常這種施工護(hù)坡施工技術(shù)與挖土邊坡或者填筑邊坡配合使用?；镜氖┕ぷ鳂I(yè)流程如下。第一，土方開(kāi)挖或者填筑。采用人工和機(jī)械方式調(diào)整礦山邊坡的坡角和高度，使其處于合理的范圍之內(nèi)，并且對(duì)表面進(jìn)行夯實(shí)和沉降處理。這種人工邊坡的穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)到了較高的程度，但為了進(jìn)一步防止滑坡，還需采用噴射砼的方式形成保護(hù)面層。第二，護(hù)坡修理。將邊坡表面的異物﹑數(shù)值﹑凸起的石塊等清理出來(lái)，提高其表面的平整度。第三，砼初噴。在面層處理完成之后，在坡面上初步噴射一層砼，初次噴射砼的厚度控制在60mm的水平。第四，掛網(wǎng)加鋼筋。保護(hù)層的整體厚度一般在100mm，不同的項(xiàng)目可能存在一定的差異性，初噴完畢且達(dá)到凝固之后，要在其表面設(shè)置噴錨網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)豎向鋼筋的上部采用綁扎施工，下部采用焊接方式固定。由于復(fù)噴時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊作用力，為防止其影響鋼筋網(wǎng)片的位置，在施工前需牢固地固定鋼筋網(wǎng)片，為此，通常是先在坡面上設(shè)置土釘，然后將網(wǎng)片與土釘焊接在一起。第五，復(fù)噴。待鋼筋網(wǎng)片固定牢靠之后，即可采用噴射砼的方式完成復(fù)噴，厚度控制在40mm[10]。

混凝土的質(zhì)量在噴砼施工中非常關(guān)鍵，粗集料的粒徑不宜過(guò)大，否則會(huì)影響砼噴射的效果，一般將粗集料的粒徑控制在12mm之內(nèi)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)需根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)配置，在噴砼作業(yè)中要注意各類(lèi)機(jī)械設(shè)備之間的配合效果，由于材料用量較大，需加強(qiáng)供料速度，材料的等待時(shí)間也不宜太久。

4.3 基于錨桿或錨索的礦山護(hù)坡施工技術(shù)

錨索框架或錨桿邊坡支護(hù)技術(shù)是兩種不同的技術(shù)路線(xiàn)，但二者在原理上的相似度非常高，因而大體上可歸為同一類(lèi)邊坡支護(hù)施工技術(shù)。其施工要點(diǎn)如下。第一，造孔。根據(jù)坡面的特點(diǎn)，按照特定的間距在坡面上放樣出孔位，例如，將間距控制為4m×3.5m，由于坡面較高，作業(yè)時(shí)需搭設(shè)專(zhuān)門(mén)的腳手架平臺(tái)，可使用盤(pán)扣式腳手架系統(tǒng)，其搭設(shè)效率較高，并且承載力和安全性較鋼管式腳手架更為優(yōu)異。腳手架平臺(tái)上部使用錨桿和坡面錨固在一起，防止作業(yè)過(guò)程中腳手架坍塌。然后將鉆孔設(shè)備搭設(shè)在平臺(tái)上，按照從上到下的順序逐排完成鉆孔。第二，清孔。鉆孔過(guò)程中會(huì)在孔內(nèi)形成大量的渣土和碎屑，因而在鉆孔結(jié)束之后可使用高壓力吹風(fēng)設(shè)備將其中的石屑﹑粉末等吹出來(lái)，以達(dá)到清孔的目的。清孔結(jié)束之后可根據(jù)下一道工序的作業(yè)時(shí)間，采用臨時(shí)性的封孔措施，防止碎屑再次進(jìn)入到孔內(nèi)。第三，錨索框架梁施工。清除邊坡表面的松土，但清除的部位需再次填平，可使用水泥砂漿將其填平。緊接著在這一基礎(chǔ)上完成鋼筋固定﹑錨索鋼管固定﹑錨具定位﹑模板搭建以及混凝土澆筑等一系列工序。通常錨索和錨桿選擇其一，并且在工序上也極為接近。第四，下放錨索或者錨桿，并完成注漿。待成孔且其他預(yù)埋件施工結(jié)束后，將錨索或者錨桿施放到孔內(nèi)，向其中注入水泥漿液。待條件成熟時(shí)完成錨固。

4.4 輔助性的邊坡維穩(wěn)施工技術(shù)

第一，邊坡防水施工。礦山邊坡的防排水施工技術(shù)雖然不能起到直接的礦山邊坡加固效果，但是這一技術(shù)可間接的減少地表水和地下水對(duì)邊坡的影響。施工的主要內(nèi)容涉及排水溝﹑截水溝﹑排水孔等設(shè)施。例如，截水溝通常設(shè)置在坡頂面，并且和坡肩保持足夠的安全距離，具體地距離需根據(jù)坡頂?shù)牡刭|(zhì)情況來(lái)確定。截水溝依據(jù)地勢(shì)而建，每隔一段距離就設(shè)置一個(gè)集水點(diǎn)，其深度比截水溝大，可在緊急情況下收納一部分地表形成的積水，防止坡頂面地徑流沖刷坡面。

第二，邊坡監(jiān)護(hù)施工。礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害大多是一個(gè)緩慢的蠕變過(guò)程，邊坡局部位置不斷變形，當(dāng)其超過(guò)一定程度之后就會(huì)引發(fā)地質(zhì)滑坡。工程實(shí)踐中要針對(duì)邊坡設(shè)置專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)措施。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括滲透壓力﹑降雨量﹑地下水位﹑邊坡裂縫﹑內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)位移以及表面位移等。各種先進(jìn)的傳感器和探測(cè)設(shè)備一旦監(jiān)測(cè)到可引發(fā)變形的因素，即可采取針對(duì)性的處理措施，將事故可能性降到最低程度。

5 結(jié)語(yǔ)

礦山邊坡地質(zhì)災(zāi)害的主要形式是滑坡，為了防止礦山滑坡，可采用設(shè)置抗滑樁﹑噴射砼面層﹑設(shè)置錨桿或者錨索等技術(shù)。不同的技術(shù)路線(xiàn)在適用范圍﹑加固效果方面存在一定的差異。除了加固施工，還需有效地處理地下水和地表水，如設(shè)置專(zhuān)門(mén)的排水溝﹑截水溝等。