基于Slide的白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角的確定及穩定性分析

徐 旭 章 林 李家泉

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

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基于Slide的白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角的確定及穩定性分析

徐 旭1，2，3章 林1，2，3李家泉1，2，3

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

分析了東介勒格勒鐵礦邊坡穩定的主要影響因素，確定上下盤的邊坡角均為45°，利用Slide軟件對礦區上下盤邊坡穩定性進行了分析。結果顯示，選取的邊坡角度適中，邊坡穩定性良好。

Slide 邊坡角 邊坡穩定性

露天礦邊坡穩定性對礦山開采設計和生產十分重要，越來越受到重視[1-3]，出現了較多的邊坡穩定計算方法，目前多采用極限平衡理論的計算方法[4]。本研究采用加拿大Rocscience公司開發的邊坡穩定性計算軟件Slide，通過極限平衡法，確定白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角，并進行穩定性分析[5]。

1 工程概況

東介勒格勒鐵礦位于白云鄂博礦區，露天采場地表長1 100 m，寬480 m；采場最低標高1 384m，最高標高1 648 m，封閉圈標高1 600 m。礦體開采模型見圖1。

圖1 東介勒格勒鐵礦露天開采礦體模型

2 露天采礦場邊坡角確定

2.1 影響礦山邊坡穩定的主要因素

影響礦山邊坡穩定的主要因素有：礦區地質條件、水文條件、地震及爆破震動、地應力及邊坡幾何形狀等。

2.1.1 邊坡工程地質

礦區內鐵礦為白云巖型磁鐵礦和赤鐵礦，頂底板以白云巖為主，僅少量礦體底板和礦體頂板部分為淺色板巖。巖體結構以塊狀為主。抗壓強度55.03～105.02 MPa，屬堅硬半堅硬巖類。

礦區內無較大的構造破碎帶，斷裂多被斷層角礫巖充填，地質構造簡單。

強風化帶一般發育在云母巖、接觸破碎帶和部分矽質板巖中，巖石強烈風化呈碎塊狀，巖體類型呈碎裂結構，發育深度3～8 m。弱風化帶發育深度117～160.0 m，平均138.5 m，該帶上部裂隙稍發育，裂面有風化痕跡和水銹；下部裂隙很微弱，巖石較完整，巖體仍以塊狀結構為主。

綜上所述，礦床為以堅硬半堅硬變質巖類為主的塊狀巖類礦床，礦區工程地質條件屬簡單類型。

2.1.2 水文地質條件

礦區降水量較少，多以暴雨形式出現。礦區處在低山丘陵區，屬地下水補給區。

礦區內無較大斷裂破碎帶，主要斷裂為小規模的東西向逆斷層和南北向橫斷層，為壓性、壓扭性斷裂，且多被斷層角礫巖充填，不構成對未來露天采場充水的威脅。

鐵礦體及其頂底板白云巖巖體以塊狀結構為主，加之被透水不含水的鄂博層和洪積層所覆蓋，巖石層理和節理裂隙很不發育，對礦床充水影響不大。

礦區內主要礦體位于當地侵蝕基準面以上，地形有利于自然排水，區內無地表水體和較大的構造破碎帶，屬于水文地質條件簡單的裂隙充水礦床。

2.1.3 地震因素的影響

地震和爆破震動對邊坡都是有影響的。通過對邊坡穩定性的敏感性分析得出：當邊坡高度小于100 m時，爆破震動對邊坡穩定性影響大，此時應以爆破影響系數進行穩定性分析計算；當邊坡高度在100 m以上時，地震對整個邊坡的影響大，此時以地震影響系數進行穩定性分析計算。

東介勒格勒鐵礦邊坡最高為239 m，為6度地震烈度設防區，在穩定性分析計算中采用靜態等效力的方法來參與計算，作用于滑動面以上各條塊重心處的水平地震力可按下式計算：

(1)

式中，Qi為第i條塊上由自重產生的水平地震力；Cz為綜合影響系數，取0.25；α為水平地震影響系數，對7、8和9度地區分別應取0.1，0.2和0.4，按國家《建筑抗震設計規范》(GB 50011—2010)，值取0.1；Wi為第i條塊的重量。

2.1.4 邊坡巖體物理力學參數

巖體是由巖石與結構面組成的地質結構體，其性質取決于巖石的性質與結構面的性質。對巖體介質選取適當的巖體力學參數是保證模擬計算分析結果可靠的重要條件。由于缺少必要的工程勘察資料，因此邊坡巖體物理力學參數根據白云鄂博主、東礦類似工程選取，以巖體質量分類為基礎，對巖體強度進行估算。

根據設計基礎資料、礦體賦存特征和礦山開采基本要求，設計選取的邊坡巖石力學參數見表1。

表1 巖石力學參數

2.2 邊坡角的選取

設計初步確定露天采場邊坡角上盤、下盤均為45°。

3 邊坡穩定性分析

3.1 Slide軟件簡介

Slide是計算土、巖質二維邊坡穩定的程序，計算邊坡的安全系數、可能的破壞，分析圓弧與非圓弧的潛在破壞滑動面。該軟件采用極限平衡法分析，計算簡便且結果能夠滿足工程需要。考慮到邊坡潛在滑面的形狀，采用極限平衡法中的簡化Bishop法、簡化Janbu法。

3.2 剖面選取

為反映礦山邊坡的穩定性狀態，根據露天開采境界的圈定結果，選擇垂直于邊坡走向、且過露天開采境界底部的剖面作為本次分析剖面。

3.3 分析方案

根據邊坡體的地質情況，為反映邊坡體在荷載條件下的穩定性狀態，對邊坡剖面進行自重+地震狀況、自重+地震狀況+降雨2種受力情況分析。

3.4 安全系數的選取

許用安全系數的確定是評價邊坡穩定性的主要指標，經常采用評價估計法、工程類比法和有關設計規范來確定。針對該礦上下盤圍巖情況，按國家有關規范，在參考類似邊坡的穩定性情況，確定最小安全系數[K]=1.35。

若剖面計算所得的安全系數：K>[K]時屬穩定；1

3.5 分析結果

工程地質剖面的邊坡穩定性極限平衡分析結果如表2所示，相應的邊坡潛滑面安全系數見圖2。

表2 邊坡安全系數

從分析剖面的邊坡潛滑面安全系數的結果來看：剖面的安全系數大于1.35的許用安全系數，邊坡是穩定的。

4 結 語

本計算結果是參照水利水電科學研究院編寫的《巖石力學參數手冊》中的提供的相近參數。由于東介勒格勒邊坡巖性復雜、節理發育等因素，計算所需的巖體力學參數難以準確確定，計算得到的邊坡安全系數與實際工程可能存在出入，但對設計中的方案選擇有一定的參考價值。在生產中可通過應力測量、位移監測等手段掌握符合礦山的地壓活動規律，不斷的改進爆破方法，降低水壓并盡量減少地表水流進露天采場，確保露天邊坡穩定。

[1] 鄒玉球.采場露天邊坡穩定性分析及參數優化[J].中國礦山工程，2009,38(2):18-22.

[2] 張 衡，劉秋實，廖信根.露天邊坡控制及支護[J].礦業研究與開發，2011(4):34-36.

[3] 倪 彬，張 偉，劉曉明.基于Slide的露天采場邊坡穩定性分析[J].中國礦山工程，2013，42(6)：28-31.

[4] 熊贊民，高全臣，Slide在深基坑支護可靠性分析中的應用[J].礦業研究與開發，2008,28(2)：39-40.

圖2 各工況條件下南北邊坡模擬結果

2016-07-12)

徐 旭(1991—)，男，碩士，243000 安徽省馬鞍山市經濟技術開發區西塘路666號。