銅多金屬礦開采及邊坡穩定性分析

樊慶強，喬延雷

（1.西藏玉龍銅業股份有限公司，西藏 昌都 854100；2.青海銅業有限責任公司，青海 南寧 811699）

露天采礦中，影響礦山生產正常進行的決定性因素即為采掘現場的穩定性。采掘現場一旦有滑坡現象發生，不僅對露天礦山正常生產造成影響，有關露天礦的邊坡穩定性能的研究比較復雜，其中涉及到邊坡的坡型與坡率，物理學的性質、地下水分布等，目前國際上針對露天礦邊坡穩定性能方面的研究尚處于探索階段。

1 工程概況

西藏某銅多金屬開采工程實施露天開采模式，運用露天開采的方式進行角巖礦體開采，該項工程的角巖露天礦設計的基本參數包括：露天采坑4750m的坑底標高，5240m的最高境界標高，540m的最大邊坡高度,15m的臺階高度，42.5°～44°邊坡角度、6000kt/a設計規模。在探礦工程不斷進行下，又針對角巖的露天坑東面進行南坑礦體開采，其設計規模為5000t/d。高邊坡開采，高陡露天開采邊坡，需要更高要求的開采邊坡的穩定性，一旦邊坡遭到破壞失穩，將會造成巨大經濟損失或者人員傷亡。

2 地質基本特征

該銅多金屬的礦區在推覆結構的影響下，以褶皺結構發育為主，斷裂結構為次。礦區礦體為矽卡巖銅多金屬類型，在白堊系的下統林布宗組與侏羅系的上統底溝組上部接觸部位以層狀狀態分布，大多主礦體處于灰巖層地下水的上方。地層的巖性比較復雜，其構造發育為破碎帶，具有較強巖石風化的作用，冰凍層的厚度較大，邊坡的工程地質復雜，屬于中等的平硐開采地質條件，礦床地質條件為可層狀-可溶鹽巖。結合調查分析的結果，將工程地質巖組劃分為南坑和角巖。

該銅多金屬礦水文特征為半干旱區的巖溶、溶蝕裂隙、底板直接等充實類礦床，因此邊坡的穩定性受地表及地下水的影響較小。

3 地質調查以及設計

（1）地質分區。結合工程南坑及角巖設計方案，充分考慮露天礦場可行性的研究，展布采坑最終境界、巖層產狀的要素特征、地質構造、邊坡的坡向等基本情況，對采坑、角巖露天開采的境界進行分區，其中包括40線、A、B、C、D四個采坑分區，A、B、C、D等四個角巖分區，并將相對應采坑及角巖的工程分區進行9個與12個剖面的剖分，剖面線方向同邊坡坡體設計走向相垂直。

（2）邊勘設計。因為此前進行的銅多金屬礦工程化探、鉆探等工作主要是研究礦床地質，鉆探孔的布置主要是集中勘探礦體的賦存狀態，并且勘探的網度受到限制，編錄工程地質的程度不夠，導致研究邊坡工程及水文的地質程度不高，專項研究邊坡工程的地質以及水文的工作沒有開展，很少針對坡體巖性及其構造進行研究。因此需要補勘南坑及角巖工程地質。

（3）檢測技術以及分析巖體質量的等級。通過超聲波的檢測設備針對該礦區角巖2個補勘的鉆孔角巖測試單孔的巖體縱波速度，礦區內的角巖縱波保持4083m/s的均值波速。根據測試的聲波結果，得出角巖的0.59完整的巖體指數。按照質量等級的BQ法，得出II級角巖基本質量的等級級別，表示巖體比較完整。

4 極限平衡的穩定性能分析

（1）分析邊坡的穩定性能方法。分析邊坡穩定的方法主要包括極限平衡法、可靠性的概率法、應力應變數值法以及基于非線性科學的分析法。本研究采用極限平衡法進行分析，該方法又分為Fellenius瑞典條分、Janbu簡化、Bishop簡化以及Spencer等方法。

（2）確定邊坡滑動的模式。以分析該多同金屬工程邊坡的體內既有的軟弱夾層、不連續面、巖層的控制面、破碎帶等“特征面”、按照節理的裂隙進行組數以及節理裂隙進行產狀的統計為依據，考慮分析滑動破壞的模式持平投影，從坡體所受應力的角度進行分析，對垂直裂隙的加圓弧形的破壞模式的運用進行采坑及角巖的穩定性進行分析給予確定，利用軟件Slide6.0對滑面位置進行自身搜索，對判斷依據為Bishop簡化法進行確定。

（3）分析邊坡穩定性的步驟及確定邊坡角的合理原則。分析9個采坑剖面、12個角巖剖面的穩定性，對各個受力狀況進行考慮，其包括以下幾個分析步驟：首先對42°、45°、48°的邊坡角穩定性進行分析計算；分別對21個剖面的上述邊坡角的穩定性進行分析，結合相應安全系數實施更加細致的分析，對邊角的增減幅度進行計算細化；對各邊坡角的情況進行對比，從而確定合理開采的邊坡角。

（4）確定力學參數。在現場進行巖石選擇，其中包括灰色的大理石、白色的大理石、矽卡巖、花崗斑巖、板巖、角巖等，試驗過程中，對所選巖石進行加工，制成同規范要求相符合的試樣，通過試驗進行巖石密度、抗壓強度、抗拉強度、泊松比、彈性模量等參數的測定。

（5）結果分析。以確定合理邊坡的角度原則為依據，首先分析該礦采坑邊坡的多個剖面及角巖，然后進行較差穩定性邊坡剖面的篩選，結合安全系數與邊坡的安全系數大小，一次進行邊坡角度的調整，最終滿足安全系數。為了確保邊坡所需安全角度，提出以下合理化建議：綜合采坑邊坡的高度以及邊坡的穩定性的分區結果等因素，A區應保持42°～43°邊坡角度，C區應保持45°～46°邊坡角度，D區應保持46°～48°的邊坡角度，40線區應保持48°～50°邊坡角度；角巖礦的A、B區用應保持不高于45°～46°的邊坡角度。

5 結語

綜合考慮該金屬礦采坑、角巖露天開采工程特點和既有地質資料充分利用的基礎上，采取編錄既有鉆孔的資料以及補充勘測鉆孔工程的地質狀況，通過測試鉆孔攝像和聲波測試、室內巖石的力學試驗以及定向孔的編錄等調查工程地質的方法，進行邊坡地巖體的力學參數確定，采取極限平衡的分析方法，分析采坑多個剖面和角巖邊坡的穩定性，最終獲得角巖及采坑每個工程地質的分區邊坡角，具有一定的參考價值，為礦山工程生產提供安全保障，同時也為其經濟效益和社會效益的提高打下堅實基礎。