露天礦山邊坡穩定淺析

李曉峰,陳亞杰,孫景敏,馮煜彪

(河南省巖石礦物測試中心, 河南鄭州 450012)

露天礦山邊坡穩定淺析

李曉峰,陳亞杰,孫景敏,馮煜彪

(河南省巖石礦物測試中心, 河南鄭州 450012)

在概述邊坡失穩破壞類型與邊坡穩定性影響因素的基礎上,以某露天礦山為例,進行了初步的邊坡穩定性分析,并提出了預防邊坡失穩的幾點對策措施。

露天礦山;邊坡失穩;穩定性分析

露天礦山開采過程中,容易出現的事故類型為露天采場邊坡坍塌、滑坡,造成人員傷亡和設備損壞。因此,露天礦山邊坡的穩定對礦山安全起著至關重要的作用,開采過程中應特別重視,并制定預防邊坡失穩的安全措施。

1 邊坡失穩破壞類型

(1)圓弧形破壞:圓弧形破壞常發生在土體邊坡和具有散體結構、碎裂結構巖體邊坡中,邊坡失穩時滑動體是沿著向上凹的弧形破裂而滑動。

(2)平面破壞:平面滑坡是發生最多的一種破壞類型。在結構上受結構面,如斷層、節理、層理面和層狀沉積層間抗剪強度變化的控制,或受堅硬巖層和層間充填物接觸的控制。尤其是結構面與邊坡傾向相近,結構面的傾角小于邊坡角而大于巖體內摩擦角時,易發生平面破壞。

(3)楔體破壞:楔體破壞多發生在邊坡中具有兩組結構面斜交且在邊坡上出露相交成楔形體時。當兩組結構面的組合交線的傾向與邊坡傾向相近,傾角小于坡面角且大于其摩擦角時,容易發生沿組合交線方向滑動的這種破壞。

(4)傾倒破壞:傾倒破壞多發生在層狀結構邊坡中,巖層成一組平行的結構面,它們的傾向與邊坡相反且傾角較陡,巖柱或巖塊繞某一固定基面轉動而發生的破壞。

2 邊坡穩定性影響因素

巖體的穩固性受多種因素的影響,主要與巖體結構構造、形態特征和外力作用有關。巖體結構決定于巖體性質,巖石致密堅硬穩固性就好,巖質疏松軟弱穩固性則差;巖體構造即為巖體的軟弱面,對巖體的穩固性影響很大;巖體表面坡度小于一定值(自然安息角)時,巖體是穩固的,超過一定值穩固性就會降低,超出自然安息角越大,穩固性就越差;影響巖體穩固性的外部因素主要是風化腐蝕、水力浸潤、震動和人工開挖,外力往往造成巖體破壞,使巖體的穩固性降低。

任何巖體工程的開挖,都將改變其原有的平衡條件和應力分布,導致巖體的移動和變形,對邊坡巖體產生破壞作用,影響其穩定性。高階段不分層開采,采場邊坡上無平臺,采場的邊坡既是生產邊坡,也是臺階坡面,其坡角往往是較陡的臺階坡面角,有的超過 80°,甚至形成傘檐。這些采場的邊坡隨著開采不斷變化,并經常承受外力作用的影響,其穩定性大大降低,容易發生坍塌、滑坡等邊坡危害事故。

巖體滑坡時,基本上是沿巖體的軟弱面(層理、節理、斷層、裂隙等)滑動的,因此巖體的穩固性不僅與開挖位置有關,還與開挖坡角方向有關。當高度一定,開挖坡面與巖體軟弱面方向(滑動方向)相反時,滑動受阻,軟弱面對巖體的穩固性起不到影響作用;當坡面與軟弱面垂直時,滑動同樣受阻,不會產生滑動,對巖體的穩固性影響很小,只可能發生巖塊傾倒(傾倒破壞);當坡面與軟弱面方向相近時,具備巖體滑動、傾倒的條件,容易產生平面滑動或傾倒,對巖體的穩固性影響很大。

3 案例分析

3.1 礦山概況

某露天礦山含礦層為寒武系中統張夏組石灰巖,為沉積層狀礦體,礦層整體性好,分布連續,礦層內無軟弱夾層。礦石飽和抗壓強度平均為 117.6 MPa,屬堅硬質巖石。礦層頂底板皆為相同性質的石灰巖或白云巖,力學性質相近,穩固性較好;開采礦體范圍內無構造破壞,節理、裂隙不發育;礦區附近無地表水體,礦體位于侵蝕基準面和地下水位之上,水文地質條件簡單;采用自上而下的順序分臺階開采,采場構成要素:臺階高度為 10m,臺階終了坡面角黃土為 45°、基巖為 60°,安全平臺寬度為 4m,清掃平臺寬度為 6m,最小工作平臺寬度為 26m,最終邊坡角小于 50°。臨近邊坡爆破作業時,礦山采取控制爆破措施。

3.2 邊坡穩定分析

(1)巖性分析:該礦山礦層頂底板皆為相同性質的石灰巖或白云巖,巖性堅硬,穩固性較好,有利于邊坡穩定。

(2)巖體結構面:開采礦體范圍內無構造破壞、節理、裂隙不發育,無軟弱面存在,不會發生滑坡,有利于邊坡穩定。

(3)地下水:礦區附近無地表水體,礦體位于侵蝕基準面和地下水位之上,地下水對其無影響,有利于邊坡穩定。

(4)開采技術條件:采用自上而下的順序分臺階開采,最終邊坡角小于 50°,設置安全平臺、清掃平臺,有利于邊坡穩定。

(5)爆破作業:臨近邊坡爆破作業時,礦山采用控制爆破技術降低或消除爆破對邊坡穩定的影響,有利于邊坡穩定。

通過以上分析得出,該露天礦山邊坡穩定。

3.3 預防邊坡失穩的對策措施

(1)嚴格按照自上而下的順序分臺階開采,并保持臺階的安全坡面角,不超挖坡底。

(2)應采取措施防止地表水(包括在采場外圍山坡設置截水溝,采場設置排水溝等)滲入邊幫巖體的弱層裂隙或直接沖刷邊坡。

(3)臨近最終邊坡作業應采用控制爆破減震技術,減少爆破對邊幫的震動及破壞,保持巖體原有的整體性和穩固性。

(4)邊坡若遇到斷層、裂隙、軟弱部位或與巖層平行時,應適當降低邊坡角。

(5)建立制定切實可行的邊坡管理、監測制度,配備邊坡管理人員,定期分析邊坡穩定狀態,并制定邊坡事故應急預案。

(6)對采場工作幫應每季度檢查一次,高陡邊幫應每月檢查一次,不穩定區段在暴雨過后應及時檢查,發現異常應立即處理。

(7)暴雨或連續降雨天不生產,其它不良氣候天氣少生產。

(8)必要時采用錨桿(索)、抗滑樁、擋墻加固邊坡。

[1] 李寶祥,祝玉學,孫盛湘,等.采礦手冊(第三版)[M].北京:冶金工業出版社,1999.

[2] 周萬忠,阿吉五作.拉拉銅礦露天南部邊坡滑坡分析及治理[J].采礦技術,2008,8(3):10～11.

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[4] 李全明,付士根,王云海.露天開采邊坡穩定性分析方法及災害防治措施研究[J].中國安全科學學報,2007,17(2):56～58.

[5] GB16423-2006.金屬非金屬礦山安全規程[S].

2010-04-13)

李曉峰(1982-),男,河南鄭州人,助理工程師,從事非煤礦山設計、安全評價工作,Email:lxf820513@163.com。