張延森，邱化廷

（1.中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100；2.山東省標準化研究院，山東 濟南 250014）

金屬作為一類重要的礦產資源，也是很多行業(yè)開展施工的重要原料之一，在金屬礦山中，露天開展占據重要地位，據相關數據顯示，露天開采在有色金屬礦中所占比例高達40%左右。近年來伴隨著我國露天開采技術的不斷發(fā)展，露天開采的深度也日益加大，邊坡作為人為施工過程中產生的斜坡，屬于一類人類活動地質環(huán)境，同時也是人類工程的基礎形式。在金屬礦露天開采過程中，一旦邊坡失穩(wěn)，不僅會給礦山企業(yè)帶來巨大的經濟損失，而且可能威脅開采人員生命安全。因此在露天金屬礦開采過程中，應用安全技術保證邊坡的穩(wěn)定性至關重要。

1 金屬礦露天開采技術概述

就目前我國礦山的開采形式來看，露天采礦的成本較低，也是最常見的一類采礦方式。但是從露天采礦開展實踐來看，容易受到各種因素的影響，其中最主要的因素便是開采環(huán)境。另外，露天開采是否能夠順利進行還直接跟開采作業(yè)設計、開采設備、開采深度等存在緊密關系。當前，伴隨著金屬礦露天開采技術的不斷改革和發(fā)展、機械設備的不斷完善、技術的不斷升級改造，在保證露天開采完全性的同時還提升了開采的效率。歸納起來，當前金屬礦露天開采技術主要有以下三種：

1.1 間斷開采技術

這類技術主要指借助大型的機械設備對金屬礦進行開采，開采出來的礦石再由開車進行運輸?？紤]到卡車的油耗通常較高，并且在運行期間會對環(huán)境造成較大的污染，為了減少卡車的油耗，降低對環(huán)境的污染，由此誕生了卡車輔助架線技術，從而達到滿意的節(jié)能環(huán)保作用，被廣泛應用在金屬礦露天開采中。

1.2 半連續(xù)以及連續(xù)開采技術

這類技術也是金屬礦露天開采過程中比較常見的一類技術，具有低碳、綠色、環(huán)保等等優(yōu)點，該技術的所有操作系統(tǒng)是由電力驅動，減少了對環(huán)境的污染。在實際操作過程中，但是因為地面因素的限制，會在一定程度上限制半連續(xù)開采作業(yè)[1]。

2 金屬礦露天開采過程中常見邊坡問題

2.1 邊坡的穩(wěn)定動態(tài)平衡難以維持

金屬礦露天開采過程中邊坡的穩(wěn)定動態(tài)平衡作為生產安全的重要保障，同時也是預防邊坡滑坡等安全事故的重要手段。近年來，伴隨著工業(yè)生產對金屬礦的需求量不斷加大，極大地推動了采礦技術與采礦設備的發(fā)展，同時也進一步延伸了露天金屬礦的開采深度。但是在增加金屬礦露天開采深度的同時，相應的也會增加深凹露天金屬礦露出的邊坡高度，從而增加了邊坡動態(tài)平衡維持的難度。另外，在金屬礦露天開采中，常常需要借助爆破等操作，增加了邊坡的振動，再加上地下水、地應力等方面的影響，改變了邊坡穩(wěn)定性的動態(tài)平衡，不利于金屬礦露天開采的安全，增加了邊坡發(fā)生滑體的風險，增加了開采人員控制邊坡穩(wěn)定性的難度。

2.2 邊坡災害事故發(fā)生頻率高

伴隨著經濟和科學技術的飛速發(fā)展，極大地推動了我國礦資源開采業(yè)的進步和發(fā)展。伴隨著金屬礦露天開采難度的不斷增加，相應地增加了其邊坡各類災害事故發(fā)生的風險和頻率。據統(tǒng)計，威脅金屬礦露天開采安全性的諸多因素中，邊坡滑坡這一災害所占不利較高，并且?guī)淼奈：σ膊粩嘣黾?，已經被列入金屬礦露天開采中重大事故的主要類型之一。另外，伴隨著金屬礦露天開采的深度不斷增加，會逐步從露天開采進入地下開采階段，其中地下開采會存在用數量和地應力增加的情況，再加上地質條件的惡化，此時如果不及時采取有效的措施穩(wěn)定開采隔離層的厚度，處理好露天與地下采礦爆破控制等關系，均可能增加邊坡安全事故發(fā)生的風險，威脅整個采礦工作的完全性[2]。

3 影響露天金屬礦山開采邊坡安全的因素

3.1 巖體構造對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響

不管是巖體自身的結構還是巖體的變化，均會對金屬礦露天開采作業(yè)中邊坡的安全造成巨大的影響。結合既往開采經驗以及施工分析報告，可以總結出礦山開采過程中導致邊坡滑坡的一大主要因素便是巖體構造。通常情況下，開采單位在設計邊坡和設計開采方案時，會對礦區(qū)四周的巖體結構進行調查和研究，借助對周圍巖體采樣的形式，分析巖體的結構與組成，在此基礎上判斷出該區(qū)域是否滿足露天開采的施工要求。而開采人員則是按照巖體結構面的表面性能是否具備承受施工因素與自然因素的影響來判斷是否符合露天開采的要求，弱面結構作為礦山中常見的不良巖體結構，主要是因為該結構容易遭受四周自然環(huán)境的影響進而發(fā)生分化或者開裂等現(xiàn)象，并且如果巖體表面的裂紋過多積聚，將極大地損害邊坡的質量與穩(wěn)定性[3]。

3.2 巖性土層對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響

巖性土層之所以會影響露天金屬礦山開采邊坡的穩(wěn)定性，一方面主要是跟巖體結構相關，而另一方面則是因為巖性土層及其內部的結構和性能有關。以鐵質與硅質的巖性土層為例，二者對邊坡穩(wěn)定性的影響差異較大。從本質上分析，不同性能的巖性土層對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響的差異主要在于土層中礦物質的類型不同，在地下，土層通常會通過不同的連接形式組合起來構成不同的巖體結構，常見的連接方式有結晶與膠連接等等，但是絕大多數的腳結構會對巖體結構以及邊坡的穩(wěn)定性造成極大的影響，嚴重時還可能發(fā)生邊坡滑坡和移滑等情況，從而影響了露天金屬礦山開采邊坡安全。

3.3 自然因素對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響

自然因素也是影響露天金屬礦山開采邊坡安全的一大重要因素，常見的自然因素有風化、地下水侵蝕、溫度改變以及自然環(huán)境的影響等等。其中風化主要是會破壞巖體表面的結構，在自然風長期影響下，巖體表面層會受到擴張力作用也不斷形成裂紋，當形成的裂紋數量超過了極限時便會很大程度削弱巖體自身結構的穩(wěn)定性。而溫度的不斷改變會導致巖底內部與外部的受力不均衡，產生熱脹冷縮的物理變化，最終導致巖體開裂。在諸多自然因素中，地下水侵蝕對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響最為嚴重，這主要是因為破碎的巖石結構與裂紋在地下水的作用下，時間一長便容易出現(xiàn)裂紋擴張與巖石顆粒流失的現(xiàn)象。地下水產生的侵蝕改變雖然比較緩慢，但是長此以往造成的影響是巨大的。

3.4 人為因素對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響

人為因素對露天金屬礦山開采邊坡安全的影響主要包含兩個方面：一是，爆破振動造成的影響。爆破作為露天金屬礦山開采中常見技術，爆破會持續(xù)振動邊坡，增加了邊坡的不穩(wěn)定性。即便當前毫秒爆破技術被應用在礦山開采中，有時會采用兩孔起爆或者逐孔起爆，或者盡可能減少單位炸藥的用量，但是依然不可避免地會對邊坡造成極大的影響，致使邊坡的表面巖體發(fā)生破碎，誘發(fā)邊坡滑坡，坡面巖石滾落等等，威脅開采的安全性。二是，施工技術的影響。在露天金屬礦山開采過程中，不嚴格按照設計的施工方案進行，開采的臺階坡面角度高于設計標準，或者開采平臺時未按照設計開展，以至于邊坡的坡腳被破壞、邊坡不規(guī)整、邊坡有傘檐狀形成，導致邊坡失穩(wěn)，引發(fā)滑坡或者塌方等等。個別施工人員不按照爆破設計執(zhí)行，穿孔質量不達標，爆破后破壞了坡腳，導致邊坡失穩(wěn)。除此之外，在開采作業(yè)過程中，個別施工人員未執(zhí)行施工規(guī)范，隨意進行挖裝，從而影響了邊坡的穩(wěn)定性[4]。

4 露天金屬礦山開采邊坡安全技術分析

4.1 應急治理技術在露天金屬礦山開采中的應用

在露天金屬礦山開采過程中一旦發(fā)現(xiàn)邊坡存在質量問題與安全問題時，便需要做好對應的應急處理。邊坡治理人員應當現(xiàn)場勘察已經發(fā)生滑坡的事故，弄清楚安全事故發(fā)生的原因。關于邊坡安全事故的分析當前主要技術操作如下：對發(fā)生安全事故的現(xiàn)場開展取樣分析，當前常見的取樣方式主要有三類，一類是開挖基坑原狀土取樣；第二類是臺階開挖邊坡取樣；第三類是鉆孔取樣。當完成取樣工作后，將采集到的樣品送至實驗室分析，分析內容包含土壤物理力學性質、滑坡區(qū)組成部分等等，在分析樣品的同時還要注意對滑坡水文地質條件進行分析，明確滑坡的各項參數，從而為滑坡治理提供參考。在治理滑坡時，通常需要治理削方，在采取應急治理技術時，需要注重進入滑坡區(qū)的水量控制，目前主要采取截水方案與滲溝截留的方式來降低進入滑坡區(qū)的地下水，同時對上方的地表徑流條件與匯水區(qū)域的滲流條件進行控制，盡可能減少流入滑坡區(qū)中的流水[5]。

4.2 防護加固治理技術在露天金屬礦山開采中的應用

歸納起來，常見的加固技術主要有以下四種：

4.2.1 HDPE防滲膜護坡加固技術

將HDPE防滲膜護坡加固技術應用在金屬礦露天開采中時，需要把握關鍵技術的操作要點。在鋪設防滲膜之前，需要清理干凈邊坡表面，確保其表面的清潔度。然后對HDPE的厚度進行嚴格控制，最好將其寬度控制在1厘米左右。防滲膜的固定方式采用溝槽錨方式，寬度范圍控制在0.6m左右，需要搭接的部分的寬度范圍為1m左右，而且還需要注重坡腳和接縫地方的平行。在具體施工中，該方法因成本低、操作簡便等優(yōu)點，因此被廣泛應用在邊坡加固中。

4.2.2 抗滑樁支護加固技術

這類技術通常被應用在復雜的破碎露天邊坡場景加固中，該技術能夠有效地避免邊坡伴隨著破碎帶移動引起塑性改變的現(xiàn)象。為了充分發(fā)揮出抗滑樁支護加固技術的效果，在應用該技術時需要對抗滑樁方案進行設計，根據設計好的施工方案開展。

4.2.3 錨桿加固技術

在對邊坡實施加固時，借助錨桿有助于提高邊坡的穩(wěn)定性，該技術的應用原理是通過承受斷裂巖石對錨桿產生的外力，從而避免邊坡斜率改變，提高邊坡結構的穩(wěn)定性。在金屬露天礦開采中應用錨桿加固技術，需要確定錨桿的標準長度以及應用的擋墻厚度。并且這類加固技術同樣適用于土質邊坡加固中，在應用時，同樣需要控制好錨桿的長度以及相鄰錨桿之間的距離。除此之外，在對臺階坡加固時，需要制定科學的方法，合理控制加工的厚度，確保加固的鋼筋網層量設置合理。

4.2.4 生態(tài)護坡技術

當前比較常見的生態(tài)護坡技術有兩類，分別是植物防護與土工網植樹兩種，在金屬露天礦開采過程中，可以結合情況聯(lián)合應用該技術。在植物防護技術應用要求為：邊坡的高度＜6m，并且土壤跟植物生長條件的地區(qū)相吻合，在應用該技術時，需要根播種、噴播的方式開展。而應用人工王植樹技術時，這類技術比較新穎，不僅可以明顯地提升邊坡的穩(wěn)定性，而且還能降低坡面的侵蝕程度，同時維持水環(huán)境與土壤環(huán)境的良好[6]。

4.3 優(yōu)化金屬露天礦境界外駐留礦開采技術

當前我國大部分金屬露天礦邁入了開采后期，由于早期開采技術比較落后，露天礦的開采效率較低，因此還遺留很多可用的礦石。提高開采的面積，提升廢料的剝離量，會對金屬礦山的經濟指標產生極大的影響，更重要的是還會對周邊生態(tài)環(huán)境產生破壞。

因此為了實現(xiàn)金屬礦資源開采與利用的高效，需要整理分析礦床的賦存條件與地質穩(wěn)定性，應用高邊坡開采和陡幫開采，通過聲波技術與位移變化對數據進行監(jiān)控，掌握巖體的地質活性特征，通過分析開采過程中的相關數據，選擇對應的開采技術闡述，從而實現(xiàn)開采效率與礦石利用率的最大化。

4.4 對邊坡的各項參數進行科學控制

最終邊坡角作為金屬露天礦礦產的重要構成要素，其主要包含臺階坡面角、臺階高度、安全平臺、運輸平臺以及安全平臺。在設計開采流程時，需要結合臺階的高度綜合考慮爆破工藝和挖掘設備方面的能力與要求，同時結合礦巖結構、礦巖性質等各種對臺階面大小等對臺階面交大小造成的影響，在開采的過程中還需要結合礦山的水文地質條件調整各個參數。除此之外，在開展爆破施工時，還需要對地質情況進行勘察，從而獲得準確的地質參數，在此基礎應用預裂或者緩沖爆破工藝，最終保證爆堆規(guī)整，提升爆破的安全性與精準度[7]。

4.5 實現(xiàn)開采技術的連續(xù)化與集約化

在金屬露天礦開采時，必須確保整個工藝的連續(xù)化與集約化。特別是近年來我國金屬露天礦山半連續(xù)化開采技術快速發(fā)展，該技術的采裝過程由挖掘機完成，在破碎或者篩分設備的作用下將物料轉運至帶式運輸機上，然后再將其運送至指定的地點完成卸載。半連續(xù)開采技術同時具備連續(xù)開采與間斷開采的優(yōu)點，擁有很強的適用性，非常適合于金屬礦露天開采中，能夠連續(xù)運輸巖石，生產成本低且環(huán)境污染少，而且還能提升邊坡的穩(wěn)定性。

4.6 注重檢測邊坡的穩(wěn)定性

在對邊坡穩(wěn)定性開展檢測時，可以結合具體情況選擇最佳的檢測手段。首先，應用精密儀器檢測法，主要用于檢測已經發(fā)生變形的邊坡，檢測的內容包含裂縫變化、位移情況、傾斜動向等等，從而確保獲得的檢測參數精準，為制定邊坡治理方案提供自動。在檢測邊坡時，需要結合工程的實際情況選擇檢測的儀器，并對儀器的精度進行調整，提升檢測的準確性。其次，采用發(fā)聲檢測技術。當巖體遭受強大的外力時，便會產生裂紋，并且裂紋不算羅占，最終導致巖體應力松弛。此時便會以應力波的形式將巖石中存儲的部分能量釋放出來，同時形成聲發(fā)射，因此可以分析聲發(fā)射，通過這種方式判斷出巖石內部形態(tài)改變。在當前信息技術背景下，檢測邊坡穩(wěn)定性，可以應用遠程檢測手段，從而確保檢測數據的無線傳輸，提升邊坡檢測的自動化與自動化[8]。

5 小結

綜上所述，礦山安全生產關系著國家的形象，受到了社會各界的廣泛關注。露天開采在我國金屬礦開采中所占比例較高，但是在露天開采過程中面臨的一大安全問題便是邊坡穩(wěn)定性。而導致露天金屬礦開采過程中邊坡不穩(wěn)定的因素較多，除了地質條件外，還包含自然因素與人為因素等等，一旦發(fā)生邊坡滑坡，輕則造成重大經濟損失，重則造成人員傷亡。因此在開采過程中，必須積極應用安全施工技術和加固技術，本文提出了采用HDPE防滲膜護坡加固技術、抗滑樁支護加固技術、錨桿加固技術、生態(tài)護坡技術、優(yōu)化金屬露天礦境界外駐留礦開采技術、對邊坡的各項參數進行科學控制、實現(xiàn)開采技術的連續(xù)化與集約化等，從而提升邊坡的穩(wěn)定性，降低安全事故發(fā)生率。