影響露天礦邊坡穩(wěn)定的因素及防治措施

1、影響露天礦邊坡穩(wěn)定的因素及防治措施摘要：露天礦邊坡是露天采礦的一個重要組成部分，邊坡的穩(wěn)定性直接影響采礦的安全和施工進(jìn)度，也涉及到礦山開采方案、投資規(guī)模、經(jīng)濟(jì)效益及礦山服務(wù)年限和采礦生產(chǎn)、運(yùn)輸工藝等諸多方面。隨礦山開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，深度增加，邊坡工程也在逐步增大，邊坡的安全和穩(wěn)定性顯得越發(fā)重要。因此，邊坡穩(wěn)定性及防治措施對礦山的后續(xù)發(fā)展也尤為重要。 關(guān)鍵詞：大平掌；露天礦；邊坡穩(wěn)定性影響因素；邊坡角；防治措施露天礦邊坡是露天采礦工程活動所形成的一種特殊結(jié)構(gòu)物。它與地殼體連成一體，處在地應(yīng)力場內(nèi)，無時不承受各種自然應(yīng)力的作用。同時，它又是礦山工程活動的對象，受礦山活動的影響。因此，影響露天礦邊

2、坡穩(wěn)定性的因素繁多，這些因素的影響程度是個復(fù)雜的問題。對于露天礦山, 提高邊坡角又可達(dá)到充分回收資源、降低生產(chǎn)成本和增加礦山效益的目的。在充分考慮影響邊坡穩(wěn)定因素的同時，合理確定邊坡角具有很好的前景和價值，由此看來邊坡穩(wěn)定技術(shù)開發(fā)也尤為重要。 一、大平掌礦山的地質(zhì)概況大平掌銅多金屬礦位于岡底斯念青唐古拉褶皺系與唐古拉昌都蘭坪思茅褶皺系兩個級大地構(gòu)造單元的接合部，屬于瀾滄江復(fù)雜火山巖帶中南段火山巖島弧。礦體分布于侵蝕基準(zhǔn)面之上的次火山巖中，礦體出露標(biāo)高870-1270m，埋深0-400m不等。上伏地層為英安巖，巖石節(jié)理裂隙不發(fā)育，孔隙度低，為不含水或弱含水層。礦區(qū)分為V1、V2兩種礦體

3、，V1礦體頂板巖石絕大部分為英安巖，巖石致密堅硬、節(jié)理欠發(fā)育，具有較好的抗壓強(qiáng)度，少部分為沉凝灰?guī)r。V1礦體賦存流紋巖與英安巖間的沉凝灰?guī)r，凝灰?guī)r巖層產(chǎn)狀總體平緩，傾角0-22°，個別達(dá)到40°，巖體松軟，極易風(fēng)化、水化，且局部圍巖綠簾石化、綠泥石化很強(qiáng)，極不穩(wěn)固。V1礦體底板巖石為流紋巖或V2礦體。V2礦體頂板、底板及含礦巖石均為流紋巖，被硅質(zhì)膠結(jié)，硅化強(qiáng)，巖石堅硬，抗剪抗壓強(qiáng)度高。礦床露天采礦過程中注意V1礦體附近的低緩破碎帶及其他破碎帶對邊坡穩(wěn)定性的影響，其余地段，巖石堅硬，穩(wěn)固性好。地下水滲透會使節(jié)理面巖壁或節(jié)理充填物弱化，在遇到軟弱夾層時，會使軟弱夾層中或結(jié)構(gòu)面上

4、的泥質(zhì)物質(zhì)發(fā)生軟化和泥化，導(dǎo)致巖體強(qiáng)度降低。經(jīng)統(tǒng)計，干燥結(jié)構(gòu)面占大多數(shù)，極少數(shù)結(jié)構(gòu)面有滲水現(xiàn)象。但到了梅雨季節(jié)，由于邊坡外部順層結(jié)構(gòu)面比較發(fā)育，容易誘發(fā)局部垮塌，跨落的碎石體掩蓋平臺，那么對工程造成影響和經(jīng)濟(jì)損失以及人員通行不便。因此在此期間應(yīng)注意地表水防排水工作，以防止水對邊坡的侵蝕，造成大面積的滑坡破壞。就目前現(xiàn)狀而言，水對邊坡面上的巖體性質(zhì)影響比較大，對邊坡內(nèi)部巖體性質(zhì)影響不大。二、影響邊坡穩(wěn)定性的因素分類影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，既有內(nèi)因也有外因。內(nèi)因方面主要是地質(zhì)構(gòu)造，巖石的巖性及其結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體構(gòu)造。外因主要有水、積雪、氣候、震動、開采技術(shù)、生產(chǎn)過程及維護(hù)管理。1、其中內(nèi)因

5、包括：（1）巖體巖性特征。組成大平掌礦山邊坡主要為上覆表土層、風(fēng)化嚴(yán)重英安巖、表面風(fēng)化英安巖、英安巖、流紋巖。根據(jù)巖石的力學(xué)性質(zhì)在各質(zhì)點(diǎn)均不同和巖體中各種自然軟弱面的特征，調(diào)查其幾何形狀、尺寸及其空間分布，從而分析其對邊坡穩(wěn)定性的影響。礦巖塊力學(xué)性質(zhì)試驗成果表巖 性平均容重 (g/cm3)平均干燥抗壓強(qiáng)度/MPa平均飽水抗壓強(qiáng)度/MPa軟化系數(shù)平均抗拉強(qiáng)度(MPa)彈性模量(104MPa)泊松比東幫表面風(fēng)化英安巖2.62126.0866.880.535.432.740.101西北幫表面風(fēng)化英安巖2.67118.7778.260.665.844.900.1861145流紋巖2.9156.4349

6、.040.872.134.160.281新鮮英安巖2.66136.8790.970.665.515.740.217V1礦4.23104.5056.870.54-11.780.262V2礦2.9177.9562.120.80-5.170.2091185西南流紋巖-210.62203.580.976.43-1200東南幫流紋巖-151.52113.000.757.19-（昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院巖石力學(xué)實驗室試驗報告，礦巖塊采用的是50mm×50mm）（2）巖體結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面主要有軟弱夾層(或弱層)；巖層面、層理；斷層；節(jié)理、裂隙；片理、頁理。大平掌銅礦露天采場上部巖體（風(fēng)化英安巖）

7、節(jié)理裂隙較發(fā)育，西部和西北邊坡斷層較多，采場邊坡巖體結(jié)構(gòu)面大部分屬于急傾斜的結(jié)構(gòu)面，其中夾帶泥灰?guī)r，遇水泥化，邊坡穩(wěn)定性差，表土層和嚴(yán)重風(fēng)化英安巖接觸面很不穩(wěn)定，存在大面積滑坡或塌方的隱患。節(jié)理裂隙RQD值統(tǒng)計表序 號調(diào)查地點(diǎn)巖 性節(jié)理裂隙密度(條/m)RQD值（%）平均值（%）結(jié)構(gòu)面密度估算法體積節(jié)理統(tǒng)計估算法11180平臺風(fēng)化英安巖2.2285.43100.0092.7121220平臺風(fēng)化英安巖3.5980.2991.3185.8031230平臺風(fēng)化英安巖3.9478.9889.0083.9941200平臺英安巖2.2785.24100.0092.62說明：1、流紋巖和礦石沒有合適的地段進(jìn)

8、行詳細(xì)的節(jié)理裂隙調(diào)查，本次調(diào)查主要集中在風(fēng)化英安巖和新鮮英安巖；2、受現(xiàn)場調(diào)查條件的限制，只調(diào)查了長度大于0.5m的節(jié)理，小于0.5m的未作統(tǒng)計，故RQD值偏大。（RQD：巖石質(zhì)量指標(biāo)，是國際上通用的鑒別巖石工程性質(zhì)好壞的方法，由美國伊利諾斯大學(xué)提出和發(fā)展起來。）（3）地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造對邊坡穩(wěn)定性的影響是十分明顯的，在區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動比較活動的地區(qū)，邊坡穩(wěn)定性較差，失穩(wěn)斜坡發(fā)育的方式、分布的疏密與構(gòu)造線的方向及部位有密切的關(guān)系。大平掌礦區(qū)總體為一北西走向的背斜構(gòu)造，由于受斷裂、斜長花崗斑巖及流紋斑巖侵入破壞，背斜形態(tài)不完整。李子樹斷裂（F4）、白沙井?dāng)嗔眩‵2）沿礦區(qū)兩側(cè)分布，將礦區(qū)

9、夾持于其中。白沙井?dāng)鄬樱‵2）：為逆斷層，長9.5km，走向340°，傾向60°70°，傾角45°，破碎帶寬10余米，破壞了背斜構(gòu)造的完整性，對礦區(qū)火山巖的分布起明顯的抬升控制作用。李子樹斷層（F4）：為正斷層，長12km，總體走向300°，傾向北東，傾角68°70°，是控制礦區(qū)火山巖分布的主要斷層。2、其中外因包括：（1）地應(yīng)力及地震地應(yīng)力是控制邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育及邊坡巖體變形的重要因素之一。邊坡內(nèi)部的地應(yīng)力主體是自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力。坡體中結(jié)構(gòu)面的存在使邊坡內(nèi)部應(yīng)力場分布變得復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)面周邊會產(chǎn)生應(yīng)力集中或應(yīng)力阻滯現(xiàn)象

10、，當(dāng)應(yīng)力集中的量值超過巖體的強(qiáng)度時，邊坡巖體便會發(fā)生破壞。地震一方面可以直接觸發(fā)斜坡破壞失穩(wěn)，另一方面還會使斜坡巖體的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或改變，形成特殊的邊坡巖體結(jié)構(gòu)。（2）水和氣象條件。水是邊坡的主要有害因素之一。水會增加巖體的容重、軟化巖石、降低巖體的抗剪強(qiáng)度，以及產(chǎn)生對邊坡的靜水壓與動水壓作用，從而導(dǎo)致邊坡滑動。露天礦滑坡，大多發(fā)生在雨后、雨季和解凍時期，或因疏干排水方法不當(dāng)所致。因此水是邊坡穩(wěn)定性極為有害的因素。氣象條件影響邊坡穩(wěn)定的方式多種多樣，有風(fēng)化作用、風(fēng)蝕作用等。大平掌礦山由于地處東南亞季風(fēng)區(qū)北緣，氣候受季風(fēng)進(jìn)退制約，致使降雨季節(jié)分配不均勻，形成明顯的旱、雨兩季。510月為雨季，全年

11、四分之三的降雨日，87%的降雨量（年平均降雨量1534.7毫米，雨季降雨量1337.5毫米）都出現(xiàn)在這一時期，常有山洪瀑發(fā)，河水猛漲現(xiàn)象，11月翌年4月為旱季，晴朗少云，日照強(qiáng)烈，空氣干燥，降水稀少。所以在每年雨季來臨時，邊坡穩(wěn)定時刻威脅采場施工安全。(3) 開采的方法技術(shù)條件。在處理坡角、臺階組成形式及開采程序、爆破工藝等的問題上，開采的技術(shù)條件不同，對邊坡穩(wěn)定性會有很大影響。爆破、機(jī)械設(shè)備的震動都可能使邊坡的飽水砂土液化，使臺階下沉進(jìn)而變形、失穩(wěn)。另外邊坡坡角越小，邊坡會越穩(wěn)定。邊坡上部若較緩下部卻較陡會比邊坡上部陡下部緩要穩(wěn)定得多。（4）生產(chǎn)過程。生產(chǎn)過程中為避免爆破震動影響邊坡穩(wěn)定性，

12、應(yīng)按照設(shè)計要求進(jìn)行有效的支護(hù)、加固。此外，在遇到新的巖層時應(yīng)根據(jù)新巖層性質(zhì)重新進(jìn)行力學(xué)的分析計算以校證邊坡角。 （5 ）對邊坡的維護(hù)管理。培訓(xùn)未做到位，作業(yè)人員認(rèn)識不夠、素質(zhì)低下，隨意破壞邊坡，如在邊坡堆積設(shè)備和廢石，建造建筑物等，這些都會使邊坡巖層滑動力加大：再或者對坡角進(jìn)行挖掘，這樣無疑使得抵抗滑動的阻力減小，造成邊坡不穩(wěn)定，導(dǎo)致邊坡被破壞。邊坡維護(hù)管理如果不到位，坡角和邊坡被破壞，這些都會極大降低邊坡穩(wěn)定性。三、 邊坡穩(wěn)定防治措施隨著露天礦開采深度的不斷加大，邊坡不穩(wěn)定因素也將隨之增加，如不采取有效的預(yù)防和治理措施，將會存在大規(guī)模破壞性的邊坡滑體產(chǎn)生的危險，給礦山生產(chǎn)帶來極大的

13、危害。根據(jù)以上部分影響邊坡穩(wěn)定性因素的分析，綜合以下幾點(diǎn)預(yù)防措施：1、建立邊坡穩(wěn)定技術(shù)研究課題與管理部門露天礦開采設(shè)計時所依據(jù)的地質(zhì)資料,特別是與邊坡穩(wěn)定有關(guān)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料,由于受當(dāng)時技術(shù)手段和技術(shù)條件的限制,不可能完全反映出礦山開采過程中的邊坡情況。所以必須成立專門的研究與管理部門,采用最先進(jìn)的技術(shù)研究手段對礦床的地質(zhì)資料,尤其是與邊坡穩(wěn)定相關(guān)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料、巖體力學(xué)性質(zhì)資料進(jìn)行新的調(diào)查和研究。針對這個問題，大平掌礦山聘請昆明理工大學(xué)項目研究組對大平掌礦山露天開采高邊坡參數(shù)優(yōu)化及邊坡穩(wěn)定性研究，并提交了云南思茅山水銅業(yè)有限公司大平掌銅礦露天開采高邊坡參數(shù)優(yōu)化及邊坡穩(wěn)定性研

14、究的報告，課題組成員，經(jīng)過近一年的努力，分別在巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查、礦巖體取樣、室內(nèi)力學(xué)參數(shù)試驗、宏觀巖體參數(shù)折減、巖體直剪試驗、點(diǎn)荷載試驗、聲波測試、工程地質(zhì)分區(qū)、邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及邊坡穩(wěn)定性分析等方面，采用工程地質(zhì)調(diào)查、試驗研究、計算機(jī)模擬分析和理論分析等進(jìn)行了大量的研究工作，得到如下結(jié)論：（1）巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查研究，是正確認(rèn)識巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體結(jié)構(gòu)類型、巖體宏觀物理力學(xué)特性的基礎(chǔ)，是在礦山安全正常生產(chǎn)期間，進(jìn)行合理邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)的科學(xué)依據(jù)，同時也是在科學(xué)評價和研究中，進(jìn)行工程巖體取樣的基礎(chǔ)工作。通過對大平掌銅礦礦巖的巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)巖石力學(xué)試驗結(jié)果，分別采用普氏分級法和RMR分級法，得出大平掌銅

15、礦礦體和圍巖屬于一般巖體。(2)采用室內(nèi)試驗、現(xiàn)場原位直剪試驗、點(diǎn)荷載試驗和聲波測試，運(yùn)用Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則、最小二乘法、隨機(jī)模糊法和可靠度法，對大平掌銅礦礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，得出了礦巖巖體物理力學(xué)參數(shù)，為后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)。(3)根據(jù)工程地質(zhì)巖組特征和巖體物理力學(xué)參數(shù)，對大平掌銅礦采場邊坡進(jìn)行了工程地質(zhì)分區(qū)工作，將大平掌銅礦采場邊坡分成以下幾個區(qū)域：土層、風(fēng)化嚴(yán)重英安巖、表面風(fēng)化英安巖、英安巖、流紋巖。(4)采用極限平衡和FLAC3D數(shù)值模擬軟件對大平掌銅礦設(shè)計邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明，設(shè)計終了邊坡上部邊坡角過大，不利于邊坡穩(wěn)定；下部邊坡角偏于保守，有提高的

16、空間。(5)采用正交試驗，對大平掌銅礦采場邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果為：最終邊坡角：上部邊坡17°，下部邊坡42°。(6)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和可拓理論對設(shè)計邊坡和優(yōu)化后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果表明，設(shè)計上部邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)，下部邊坡和優(yōu)化后的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。2、生產(chǎn)過程中采取積極有效的防范措施（1）認(rèn)真貫徹“采剝并舉，剝離先行”的方針。堅持從上到下逐層開采的原則。嚴(yán)格禁止一面坡的開采方式，按要求設(shè)置臺階高度和臺階坡面角。選擇合理的邊坡形式、開采順序和推進(jìn)方向；嚴(yán)禁“掏采”作業(yè)行為。 （2）注重邊坡的檢查和問題的處理工作。礦山的安全管理人員，特別是生產(chǎn)一線的安全

17、管理人員，應(yīng)經(jīng)常對采場進(jìn)行全面檢查，加強(qiáng)邊坡的管理工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)臺階坡面有裂隙，可能發(fā)生坍塌或大塊浮石和松石時，必須立即撤出相關(guān)人員和設(shè)備，組織有經(jīng)驗的人員進(jìn)行處理，處理時要制定可靠的安全措施。 （3）加強(qiáng)雨季邊幫、采場的安全工作，每逢刮風(fēng)下雨必須立即停止作業(yè)；下大雨或大爆破后會對邊坡的穩(wěn)定造成嚴(yán)重的危害，因此，要十分注意做好這一期間的安全檢查和隱患的處理工作。 （4）精心組織，控制爆破。采用合理的爆破方法，控制爆破的藥量和方向，其目的就是降低爆破作用對邊破穩(wěn)定性的影響，防止飛石傷人事故的發(fā)生。爆破作業(yè)完畢后，當(dāng)班作業(yè)人員務(wù)必及時按由上到下的方法撬掉浮、松石，在未進(jìn)行清理之前，其下方嚴(yán)禁從事任何

18、作業(yè)。 （5）做好疏干排水工作，提高邊坡的穩(wěn)定性。排除邊坡范圍內(nèi)積水和地下水，是防治滑坡重要而有效的措施之一。其方法一般有兩種：一是用排水溝截排地表水。二是用鉆孔疏干降低邊坡中地下水的水位等。這些方法，可避免對邊坡巖體的有害作用，提高邊坡的穩(wěn)定性。 （6）經(jīng)常對邊坡進(jìn)行清理和修整。清理邊坡上的堆積物，修整已經(jīng)崩塌的邊坡，是維護(hù)邊坡穩(wěn)定不可缺少的工作，這一工作應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行，以避免崩塌或凹石的邊坡中積水危害，減小滑坡體上的荷載。生產(chǎn)過程中要根據(jù)不同的情況，及時對邊坡進(jìn)行平整和刷幫，改變邊坡的輪廓及形狀，從而達(dá)到穩(wěn)定邊坡的效果。 （7）做好人工加固邊坡工作。對節(jié)理、裂隙等容易引起坍塌或滑坡的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)

19、育的露天礦山，采用人工加固邊坡的方法，是一項提高邊坡穩(wěn)定的有效措施。其方法有：設(shè)置抗滑擋墻、抗滑樁、邊坡注漿、安裝瞄桿、噴射混凝土等。 （8）邊坡監(jiān)測與預(yù)報。對邊坡巖體的變形和移動情況進(jìn)行監(jiān)測，是預(yù)報滑坡，減少事故不可忽視的工作。四、結(jié)語和建議通過對邊坡穩(wěn)定性影響因素分析，以及昆明理工大學(xué)提交的大平掌銅礦露天開采高邊坡參數(shù)優(yōu)化及邊坡穩(wěn)定性研究的報告內(nèi)容，可大體掌握其內(nèi)在變化原因，現(xiàn)實指導(dǎo)礦山采剝設(shè)計和安全生產(chǎn)工作。并提出以下幾點(diǎn)建議：1、通常將距邊坡20100m以內(nèi)的爆破稱為鄰近邊坡的爆破，對這類爆破必須采用控制爆破技術(shù)及減震技術(shù)，如預(yù)裂爆破、微差爆破。關(guān)于爆破中合理的布孔結(jié)構(gòu)、合理的起爆順序與微差時間間隔、最大單段藥量及總裝藥量等參數(shù)有必要進(jìn)行現(xiàn)場的爆破效果測試，以達(dá)到降低爆破震動強(qiáng)度、改善爆破動力效應(yīng)、減小爆破對邊坡強(qiáng)度損害的目的。2、巖體經(jīng)水浸泡后，其物理力學(xué)參數(shù)降低，為此，要加強(qiáng)排水工作。3、采場邊坡由于長期的風(fēng)化作用會造成其邊