初利群 毛思羽

（1.黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司）

由于礦山地質(zhì)巖性的復(fù)雜性，露天礦開(kāi)采過(guò)程中邊坡失穩(wěn)是最為常見(jiàn)的工程問(wèn)題［1］，其關(guān)系到露天采場(chǎng)的正常開(kāi)采生產(chǎn)及工作人員的生命安全。張振海［2］介紹了常用的邊坡治理方式及其選用依據(jù)，常用的治理措施是削坡減載以及錨桿錨索加固，有不少學(xué)者都對(duì)這2 種治理措施給出了肯定的評(píng)價(jià)。在加固治理方案中，呂擁軍等［3］在排土場(chǎng)邊坡的治理中采用了抗滑樁、錨索加固的綜合治理措施，使得排土場(chǎng)邊坡安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；張洪宇［4］等對(duì)研山鐵礦局部邊坡進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力錨索加固并輔以掛網(wǎng)噴漿，通過(guò)對(duì)邊坡內(nèi)部應(yīng)力變化情況的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，表明該支護(hù)方案較為成功；胡勝華［5］對(duì)采用錨索進(jìn)行建筑邊坡支護(hù)治理的應(yīng)用進(jìn)行了介紹和推廣，并較詳細(xì)地介紹了錨索的施工工藝技術(shù)。在削坡治理方案中，安振華［6］通過(guò)數(shù)值模擬軟件對(duì)比了某礦山邊坡削坡減載治理前后邊坡的安全系數(shù)變化情況，得出削坡減載技術(shù)極大改善了邊坡穩(wěn)定性，有助于安全生產(chǎn)；劉星星等［7］則對(duì)比了爆破削坡方式和機(jī)械削坡方式，得出爆破削坡造成邊坡位移及孔隙水壓力的增幅和增長(zhǎng)速度均大于機(jī)械削坡，爆破削坡后還需加強(qiáng)工程防護(hù)工作。

針對(duì)黑龍江黑河市銅山采場(chǎng)中的隱患邊坡進(jìn)行治理，并采用削坡和加固2 種治理方案，通過(guò)軟件計(jì)算出治理前后邊坡穩(wěn)定性的變化情況，以比較2種治理方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 工程概況

多寶山銅山礦區(qū)位于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季短暫，冬季寒冷漫長(zhǎng)，冰凍期近8 個(gè)月之久。歷年最高氣溫為37℃，最低氣溫為-43.7℃，年平均氣溫1.1℃～1.8℃。春季干旱多風(fēng)，最大風(fēng)速15 m/s。秋涼早霜，無(wú)霜期105 d 左右。礦區(qū)年降雨量531～586 mm，最大日降雨量61.2 mm，6—8月份為雨季，年蒸發(fā)量869～990 mm。

根據(jù)多寶山銅山采場(chǎng)的設(shè)計(jì)要求，露采場(chǎng)邊坡單臺(tái)階高度15 m，臺(tái)階坡面角65°～70°，近地表坡度為45°；安全平臺(tái)寬度3～7 m；清掃平臺(tái)寬度為8 m，每隔2個(gè)安全平臺(tái)設(shè)置1個(gè)清掃平臺(tái)。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)該區(qū)段內(nèi)較大裂隙進(jìn)行實(shí)測(cè)，附在現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀實(shí)測(cè)地形圖上（圖1），并設(shè)置2 條主要剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

2 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

2.1 邊坡主要剖面分析

根據(jù)邊坡勘察鉆孔的地質(zhì)資料，剖面1—1 和剖面2—2的地質(zhì)信息見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，各剖面主要的巖體是第四紀(jì)堆積層（Q）、安山巖、凝灰?guī)r（T）、斷層、英云閃長(zhǎng)巖（C2Tm）、閃長(zhǎng)玢巖、和砂巖等；+495 m 平臺(tái)上部邊坡坡面現(xiàn)狀邊坡角明顯低于邊坡境界設(shè)計(jì)邊坡角，說(shuō)明+495 m 平臺(tái)以上的坡面巖性很差，無(wú)法按照設(shè)計(jì)境界線施工；此外，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到裂隙的部位在剖面圖上用紅色區(qū)域表示（新測(cè)裂隙），斷層距離邊坡坡面較近，且裂隙都出現(xiàn)在構(gòu)造破碎帶處，說(shuō)明斷層的存在是造成邊坡出現(xiàn)裂縫和下沉等不利因素的主要原因。根據(jù)以往的地質(zhì)勘察資料，邊坡主要控制巖體的巖石力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 許用安全系數(shù)的確定

依據(jù)最新《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016—2014）邊坡安全等級(jí)劃分及基本規(guī)定，該邊坡安全等級(jí)屬于Ⅰ級(jí)；礦山邊坡除了受到地下水的侵蝕和重力作用外，還受到了周邊爆破作用以及潛在地震荷載作用，因此該露天采場(chǎng)邊坡受到的荷載類型包括Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組合荷載，其許用安全系數(shù)應(yīng)滿足表2的要求。

注：荷載組合I為自重+地下水，荷載組合II為自重水+地下水+爆破動(dòng)力；荷載組合III為自重+地下水+地震力。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

用Geo-Studio 軟件計(jì)算兩剖面在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ工況條件下的邊坡穩(wěn)定性，選用的分析方法是Morgensternprice。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），按地震烈度7度取綜合地震系數(shù)，綜合考慮對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。綜合地震系數(shù)計(jì)算公式為

式中，KH為水平向地震系數(shù)，7度烈度地震區(qū)KH=0.1；CZ為綜合影響系數(shù)，一般取0.25；ai為考慮滑體重心高度的系數(shù)，一般取1.0。

在穩(wěn)定性計(jì)算中考慮地震動(dòng)力對(duì)銅山采場(chǎng)露天邊坡穩(wěn)定性的影響，按照Ⅶ度設(shè)防，取震動(dòng)影響系數(shù)KC=0.025。

各剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3?？梢缘贸霈F(xiàn)狀邊坡的安全系數(shù)無(wú)法滿足規(guī)范要求，存在較大的安全隱患，易出現(xiàn)滑坡等安全事故，對(duì)礦山后續(xù)的開(kāi)采產(chǎn)生較大影響。

3 治理方案設(shè)計(jì)

邊坡治理實(shí)質(zhì)就是提高抗滑力，減少下滑力，使邊坡滿足允許安全系數(shù)要求，通常采取的工程穩(wěn)固措施有如下3種：

（1）直接加固措施，如預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿、抗滑樁、抗滑擋墻、壓力注漿等。

（2）輔助穩(wěn)固措施，如削坡減載、地下水疏干工程、地表水截排工程等。

（3）邊坡防護(hù)措施，如噴錨網(wǎng)護(hù)坡、漿砌片石護(hù)坡、塊石壓坡等。

針對(duì)北側(cè)邊坡實(shí)際情況，其受到斷層影響的坡面主要在+480 m 平臺(tái)以上，存在局部的安全隱患，而且根據(jù)地質(zhì)勘察資料得知斷層的影響是坡面出現(xiàn)裂縫的主要原因，所以需要針對(duì)邊坡斷層進(jìn)行治理，一般的邊坡防護(hù)措施很難取得較好的效果，適合的治理方法是削坡減載和直接加固措施，削坡的目的是削去斷層，減小下滑力，從根源處解決問(wèn)題；而加固方案主要是采用錨桿-錨索-框架梁組合加固措施，可以增大抗滑力，從而提高邊坡的穩(wěn)定性。

3.1 全削坡方案

削坡方案基于現(xiàn)狀邊坡裂縫分布情況，根據(jù)現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，對(duì)已經(jīng)到界的+495～+480 m斜坡道以上的平臺(tái)進(jìn)行削坡，目的是將潛在滑動(dòng)面以上的不穩(wěn)定性邊坡體進(jìn)行清除，以實(shí)現(xiàn)削坡后的邊坡安全穩(wěn)定。各剖面的削坡方結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表4，其中臺(tái)階高度、主要道路寬度和安全平臺(tái)都與原設(shè)計(jì)相符合，臺(tái)階坡面角根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整到40°。具體的削坡方案見(jiàn)圖3，本方案主要以削坡為主，采場(chǎng)所在區(qū)域的雨季主要集中在6—8 月份，且采場(chǎng)本身地下水位偏高，參考雷丁?。?］對(duì)降雨入滲導(dǎo)致邊滑坡的某邊坡的治理方案：削坡減載的同時(shí)加強(qiáng)地下水引排，治理效果更加明顯。本次設(shè)計(jì)也輔以排水孔等輔助措施降低地下水位。

3.1.1 削坡后各剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上削坡方案用軟件進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，選用的分析方法是Morgenstern-price，計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5?？梢钥闯觯髌潞笃拭娴陌踩禂?shù)滿足規(guī)范要求。

3.1.2 削坡前后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比

全削坡方案削去了主要斷層，并降低了地下水位，消除了邊坡的不利條件，有利于維持邊坡的穩(wěn)定，保證了后續(xù)開(kāi)采的安全性。削坡前后的現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀見(jiàn)圖4，現(xiàn)場(chǎng)斜坡道的道路變寬了，有利于車輛的運(yùn)輸以及下部邊坡靠幫，但削坡方案已經(jīng)超出了礦區(qū)目前的征地界線，故需要礦方增加征地面積。

3.2 加固方案

針對(duì)受到軟弱層和風(fēng)化帶影響較大的隱患邊坡［9］，可以采用混凝土框格梁連接錨桿和長(zhǎng)錨桿布置加固方案。主要針對(duì)出現(xiàn)安全問(wèn)題的區(qū)域采取錨桿錨索框架梁綜合治理加固措施以保證邊坡的穩(wěn)定性。將剖面1—1 和剖面2—2 作為主要控制剖面進(jìn)行下滑力計(jì)算，從而確定錨桿錨索的布置規(guī)模，通過(guò)理正軟件對(duì)剖面潛在滑坡體進(jìn)行剩余下滑力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明剖面1 和剖面2 每延米的剩余下滑力為1 047.451 kN和1 331.915 kN。

按照單根錨索錨固力為750 kN，錨桿軸向拉力為250 kN 進(jìn)行設(shè)計(jì)，框架梁截面400 mm× 400 mm，用C30混凝土澆筑，縱橫梁間距與錨索（桿）間距和排距保持一致，縱橫梁節(jié)點(diǎn)即為錨索或錨桿的錨頭位置。框架梁布置間距垂直間距3 m，水平間距為4 m。各剖面具體錨桿錨索布置見(jiàn)圖5，根據(jù)斷層的位置以及滑弧的大小，錨桿錨索的長(zhǎng)度為10～18 m，并輔以排水管以降低地下水位。

根據(jù)加固設(shè)計(jì)方案，用軟件進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，選用的分析方法是Morgenstern-price，計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。可以看出，加固后剖面的安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3.3 方案比較

針對(duì)銅山礦北側(cè)邊坡1068～1076勘探線間治理區(qū)域的削坡方案和加固方案，最終選擇何種施工方案還需礦方根據(jù)礦山實(shí)際情況進(jìn)行抉擇。

（1）全削坡方案。全削坡方案特點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單，施工難度及費(fèi)用較低；削坡可以立馬進(jìn)行，不影響采場(chǎng)的后續(xù)開(kāi)采；施工方式較靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況適當(dāng)增減削坡量。但會(huì)破壞采場(chǎng)現(xiàn)狀，對(duì)礦山后續(xù)的開(kāi)采以及線路規(guī)劃會(huì)有一定的影響，如果削坡臺(tái)階均已靠幫，削坡前還需征地，將花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。

（2）加固方案。加固方案特點(diǎn)是后續(xù)開(kāi)采的影響較小，不會(huì)破壞原有地形，但施工工藝復(fù)雜，需要配備專門(mén)的施工隊(duì)伍，此外，施工費(fèi)用較大、施工周期較長(zhǎng)。

4 結(jié)論

（1）由于斷層的存在，尤其是坡面靠近斷層的情況下，會(huì)降低邊坡的穩(wěn)定性，從而出現(xiàn)坡面裂隙、導(dǎo)致地表部分下沉，還可能造成滑坡等安全事故，在礦山露天開(kāi)采之前，探明礦區(qū)的地質(zhì)條件和研究礦區(qū)主要巖體物理化學(xué)性質(zhì)非常重要。

（2）銅山采場(chǎng)由于受到斷層的影響，出現(xiàn)了滑坡前的一些征兆，需要針對(duì)斷層采取一定的治理措施，本次研究主要采用了削坡減載和錨桿錨索框架梁加固2種治理方案，治理后邊坡的穩(wěn)定性都達(dá)到了規(guī)范要求，但2種方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)，可以酌情采用。