凹山采場南幫-90～-135 m邊坡塌方治理

朱末琳

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

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凹山采場南幫-90～-135 m邊坡塌方治理

朱末琳

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

南山礦業公司凹山采場南幫-90～-135 m邊坡發生塌方，而-75 m臺階及以下臺階均為采場汽車運輸的咽喉要道，如果對該處滑坡體處理不當，使滑坡向上延展，將造成-75 m臺階道路的中斷，嚴重影響礦山的正常生產運輸；同時，如果不處理滑坡體，勢必造成下部修改設計開采境界，產生壓礦問題。在對區域地質環境、滑坡原因分析的基礎上，從削坡、錨索設計、縱橫連續梁設計、鋼軌樁工程、排水措施等方面介紹了加固方案。

邊坡塌方治理

南山礦凹山采場南幫邊坡滑坡體位于-90～ -135 m，該處邊坡在-75～-90 m發生局部的滑動后，經簡易處理形成-75～-90 m的光面邊坡(邊坡角50°左右)，之后在-90 m平臺發現有裂縫，因采裝滑坡體礦石遮蓋了表面的裂縫。該處邊坡下方-120～-135 m臺階實施靠幫爆破作業，同時受降雨的影響，發現-90m以下邊坡發生滑坡，走向長度70 m左右，-90 m臺階根部明顯錯動，兩側形成張拉裂縫，縫寬10～50 cm，-90 m臺階上裂縫錯落分布形成臺階陡坎，-90～-105 m臺階已明顯下沉，臺階前緣下沉量約30～150 cm，下部-105、-120 m安全平臺寬度不足5 m。-90～-120 m到-135 m已形成了滑坡松散體，-90～-135 m坡面角34°左右。

由于該部位邊坡-75 m臺階及未來-150 m臺階均為采場汽車運輸的咽喉要道，若該處滑坡處理不當，將使滑坡向上延展，造成-75 m臺階道路的中斷，嚴重影響礦山的正常生產運輸；若該滑坡體不處理，開采境界就必須修改，壓礦問題就不可避免。因此，須采取合理、有效的措施對該部位滑坡體實施綜合治理，以達到安全可靠，效益最大化。

1　區域地質環境

凹山礦區位于淮陽山字型構造前弧東翼轉折部位，寧蕪斷陷盆地中段。寧蕪斷陷盆地以中基性火山活動和斷塊構造為其特征。伴隨著構造運動，本區巖漿活動十分強烈，形成了一系列火山巖、次火山巖及侵入巖。本區的褶皺構造主要為燕山運動早期形成的由前火巖系地層組成的褶皺和形成于燕山運動晚期由火山巖系組成的褶皺。前者規模較大，后者規模較小。寧蕪火山巖盆地是一個斷陷型盆地。盆地內斷裂構造十分發育，但由于火山巖和第四系覆蓋，在地表常表現得不很清晰。構成盆地邊界和內部構造骨架的斷裂主要為北北東—近南北向的縱向基底斷裂和北西向的橫向基底斷裂。凹山礦區位于火山穹隆的北部，斷裂構造發育，它的形成和發展都受到區域北北東向及北西向深斷裂的控制，并表現為它們的次級構造。

2　滑坡原因分析

由于露天采場深度的不斷增加，形成了一個個高差近15 m的陡坎，使原呈閉合型的2組X型剪切裂隙，特別是走向近NW向的裂隙，由于一側失重，裂隙壁間內聚力降低，裂縫逐漸張開，開采中易形成滑動的軟弱面。具體原因是：①凹山采場南幫開采邊坡面與剪裂隙傾向基本一致，裂隙的傾角主要在42°～50°；②滲入裂隙的雨水不能及時排出，裂隙的飽水狀況使裂隙壁間的內聚力降低；③采場平均邊坡角為42°，陡峻的邊坡及爆破震動使原呈平衡狀態的裂縫逐漸張開，滑坡體易于剪出向下滑動。

經現場踏勘，-75～-90 m邊坡已形成光面邊坡，邊坡走向呈拱形，從東向西節理面產狀150∠410～420至3 500∠450～460。受大氣降水及靠幫作業的影響，-90 m臺階明顯錯落沉陷，形成一系列羽狀張拉裂縫，縫寬10～50 cm，滑坡體東側形成近垂直于邊坡走向的張裂縫，縫寬1～3 m。-90～-120 m到-135 m已形成了滑坡松散體。

3　加固方案

3.1削坡

削坡參數：坡面角36°，階段高度15 m，分別在-120、-105和-90 m標高處留置5 m寬臺階，按此尺寸放坡至-75 m臺階。

3.2錨索設計

(1)單根錨索極限承載力

(1)

式中，n為鋼絞線根數，根；S為每束鋼絞線折算面積，mm2；[σ]為每束鋼絞線設計強度，N/mm2。

擬采用φj15(7φ5)鋼絞線，其標準強度為1 720 N/mm2，設計強度為1 220 N/mm2，則每根錨索的極限承載力

P1=1 416kN

(2)砂漿與錨索間的握裹力

(2)

式中，Le為錨索有效錨固段長度，m；d為錨索換算直徑，m；τ2為鋼絞線與砂漿間抗剪強度，MPa，一般按τ2=kR(R為砂漿極限抗壓強度，k取0.5～0.55)選取，由于其與施工時的注漿質量緊密相關，因此施工時，由現場拉拔試驗而定。

本次設計按M20砂漿考慮，τ2取0.8 MPa，有效錨固段Le=8.0 m,則單根錨索的極限握裹力

P2=2 414kN

(3)砂漿同孔壁的摩阻力

(3)

式中，D為鉆孔直徑，150 mm；Le為有效錨固段長度,m，本次取8.0 m；τ3為砂漿與孔壁的粘聚力，MPa，本次取τ3=0.4 MPa(施工時，由現場拉拔試驗而定)。則摩阻力

P3=1 506kN.

根據相關錨固規范，錨索(桿)安全儲備取K=2，且一般來說，P1，P2不控制錨索設計，只起校核作用，錨索與孔壁的摩阻力P3是3者中最小的值，因此取P3參與錨索設計，單根錨索可提供的錨固力

P′=753kN

(4)錨固力提供的抗滑阻力

(4)

式中，P為錨固力，kN；Pn為錨固力沿滑面的法向分量，kN；Pt為錨固力沿滑面的方向分量，kN；α為滑面傾角，取20°設計；θ為錨索與水平方向的夾角，取15°設計；φ為底角減出口處巖體的內摩擦角，取28°設計。

P取750 kN，則有

Fp=(0.305 0+0.819 2)×750kN=843.15kN

為了安全考慮，將這部分增量作為安全儲備，仍取單根錨索750 kN滑面方向的抗力進行設計。

(5)錨索根數

(5)

式中，P為總剩余下滑力，kN；P′為單根錨索提供的抗滑力，kN；n為需布設的錨索根數，根。

3.3縱橫連續梁設計

由于臺階巖性較松散軟弱，為了使坡面受力均勻，考慮設置縱橫連續梁。

(6)

式中，λ=0.45～0.7；P0為錨索軸向設計應力，kN。單位載荷

(7)

式中，h、l為錨索縱橫梁間距,m。

按簡支梁受力考慮，彎矩

(8)

均布荷載

(9)

設計C20砼澆注，鋼筋選用φ25螺紋鋼筋，則fck=13.4 N/mm2，f0=9.5 N/mm2，fy=300 N/mm2，設計梁截面b×h=400 mm×400 mm，h0=425 mm。系數as=0.303，查表得γ=0.815,則受拉鋼筋面積

受壓側考慮構造要求，配置2根φ12鋼筋，同時按構造要求配置箍筋φ8@200，沿梁通長配置。

3.4鋼軌樁工程

在縱橫梁體根部設置鋼軌樁工程，一方面增加穩定性，另一方面作為梁體的支撐。鋼軌樁長度 3 m，孔徑150 mm。

3.5排水措施

在加固區范圍內，雖然坡體內地下水位較深(各鉆孔均為干孔)，但需做好邊坡地表水的排泄，修筑排水溝、截水溝。

原設計-135m臺階保持不變，從-135m臺階坡腳按36°坡面角向上放坡，在-120m和-112.5m標高處分別留置5m和2m寬平臺，其臺階高度分別為15m和7.5m，從-112.5m平臺坡腳按42°坡面角向上放坡，在-105m和-90m標高處分別留置5m寬平臺，在-97.5m和-82.5m標高處分別留置3m寬平臺，其臺階高度均為7.5m，見圖1。

圖1　方案設計剖面(單位:m)

4　結　語

(1)馬鋼南山鐵礦凹山采場南幫-90～-135 m滑坡治理技術研究收集了凹山采場歷年來相關的地質資料及前期研究成果，結合本次巖土工程勘察及現場踏勘成果，經綜合分析查清了滑坡體的不良工程地質條件以及滑坡成因，建立了邊坡破壞模式以及工程地質模型。

(2)地下水滲流分析表明：由于目前采場以采至接近露天底(達到-150 m以下)，隨著采場露天底的下降，形成邊坡地下水降落漏斗。根據本次巖土工程勘察報告：研究區范圍內各鉆孔在設計深度內均為干孔，說明穩定地下水位線埋深較深，對該段邊坡的穩定性無影響。但是由于組成該段邊坡的巖體節理發育，在接受到大氣降水時，積水會進一步弱化節理面強度，對邊坡的穩定性不利，因此需做好邊坡表面水的疏排工作。

(3)地質體在不斷的揭露以后(如深凹采礦)，巖土體在地表水體的浸潤以及風化作用影響下，其力學強度會降低，尤其是一些結構面強度降低更快，影響到邊坡的穩定性。因此，在礦山后續的安全生產中，邊坡管理顯得尤為重要，加強邊坡監測，定期檢查，臺階邊坡的排水以及臨幫預裂爆破等措施是保證已形成邊坡穩定性的有利措施。

2016-06-26)

朱末琳(1979—)，男，工程師，243033 安徽馬鞍山雨山區向山鎮。