礦山邊坡災害防范與治理

胡 蕾

(湖南省地勘局407隊，湖南 懷化 418000)

邊坡是人為施工形成的斜坡，是一種人類活動的地質環境，也是一種人類工程的基礎形式。根據《原國家安全監管總局關于印發<金屬非金屬礦山重大生產安全事故隱患判定標準(試行)>的通知》(安監總管一[2017]98號)，非煤礦山采場臺階坡面角大于設計值、臺階(分層)高度超過設計值、終了邊坡角超過60°的，均屬于重大生產安全事故隱患。根據《金屬非金屬礦山安全規程》(GB 6423—2006)之第5.2.5.11條規定和《原國家安全監管總局關于嚴防十類非煤礦山生產安全事故的通知》(安監總管一〔2014〕48號)“嚴防邊坡垮塌事故”要求，必須按國家標準或行業標準對采場潛在危害性大的邊坡穩定性進行評估，并提出相應有效的防范和治理方案。

1 項目概況

礦山邊坡災害是人類礦業活動造成的一種突發性的災害[1]。實例項目中，該礦的采礦權范圍由9個拐點圈定，登記生產規模為 30 萬噸/年，開采方式為露天開采，開采礦種為石灰巖。由于現場管理不到位等原因，采石場存在未按臺階式開采或平臺布置不規范現象，目前采場東面局部超高、過陡，存在“一面墻”；采場西南面局部臺階超高、過陡，存在松散危石、傘檐體，有滑坡跡象；山頂剝離坡度較大，超前距離小于4 m。這些安全隱患，對礦區工作人員的人身安全造成威脅。

本實例中的邊坡災害防治采用靠幫邊坡整治措施，在現有邊坡的基礎上，剝離表土，最大剝離邊界至現有邊坡上緣計7.9 m平距，采剝最大標高為+300 m，在開采深度(+305 m～+180 m標高)范圍內，邊坡治理剖面圖如圖1所示。

最終邊坡高度為90 m，小于100 m為低邊坡。邊坡災害等級Ⅲ級，安全等級Ⅲ級，邊坡地質條件的復雜程度為簡單類型。

圖1 邊坡治理剖面圖

2 工程地質條件分析

導致礦山邊坡事故的主要原因是邊坡自身缺乏穩定性造成的。通過長期的實踐研究表明，礦山邊坡災害是由多方面因素共同作用形成的[2]。要達到對礦山邊坡地質災害的治理，首先必須對礦山周圍的地質條件進行科學分析，并對承載力進行精確計算。

2.1 巖土體工程地質特征

土體類：為礦體覆蓋層，隨地形起伏，被蓋狀連續分布，本礦范圍內平均厚6 m；屬單層結構，為黃褐色、黃灰色、紅黃色含礫砂土、黏土，均一結構，密實。

巖體類：為泥盆系上統錫礦山組(D3x)、佘田橋組(D3s)堅硬灰巖巖性綜合體，由厚～巨厚層狀含生物泥晶灰巖、生物泥晶灰巖組成，巖石堅硬，強度高，抗風化及抗變形能力均較好，其抗壓強度一般80～128 MPa，軟化系數0.70～0.94。

2.2 結構面特征

實例中礦山斷裂構造不發育，無I、II級結構面，主要結構面為屬III、IV級結構面層理和節理、裂隙；巖體為厚～巨厚層狀，層理結構面不甚發育，對巖體完整性影響較小；灰巖中節理較發育，采坑中見1組優勢節理，走向北西，傾向北東，傾角50°，呈張開狀，半充填黏土，裂隙率K值為5.0%；巖體中淺部巖溶較發育，淺表風化巖石破碎，風化裂隙、溶蝕裂隙、溶洞發育，對巖體完整性和穩固性有影響。

2.3 工程地質類型

實例中礦山地質類型為第四系殘坡積單層結構黏土體，厚度較大，采坑揭露厚度2～10 m，平均6 m，厚度變化較大。據區域資料，其物理力學指標如下：含水量17%～29%，孔隙比0.64～0.94，液限27.3%～53.8%，塑限18.3%～33.5%，內摩擦角18.4°～30.12°，黏聚力33.64～156.42 kPa，壓縮模量7～9.8 MPa，壓縮系數0.071～0.367，屬低～中等壓縮性土，承載力標準值180～300 kPa，但在水浸泡下易飽和而強度降低。土體雖較密實，但厚度較大，采坑所見土體邊坡穩定性一般，在暴雨的沖刷作用下易發生土體滑坡。

3 邊坡穩定性分析

對礦山邊坡的穩定性分析有多種方法，實例中的礦山環境采取的是定性分析法。定性分析方法主要是通過工程地質勘察,對影響邊坡穩定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩的力學機制等進行分析,在此基礎上對已變形地質體的成因及演化史進行分析,從而給出被評價的邊坡工程有關穩定狀況及其可能的發展趨勢等定性的說明和解釋[3]。根據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》(GB 51016—2014)、《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)相關參數，礦山邊坡巖體結構面強度標準值如下：巖體重度γ為26.0 kN/m3，滑面黏聚力C為0.145 MPa，軟化系數0.9，地震動峰值加速度為0.05g，爆破震動峰值加速度為0.470g。按平面滑動計算邊坡穩定性如下：

(1)

式中：Fs為穩定系數；α為滑面傾角；φ為結構面摩擦角為33.5°；C為滑面巖體黏結力，為0.145 MPa；γ為巖體重度，為26.0 kN/m3；β為坡面角；H為邊坡高度。

實例中，α值為66.7°，φ值為33.5°，C值為0.145 MPa，β值為55.7°，H值為90 m。計算后得，實例中礦山終了邊坡抗滑穩定安全系數Fs=1.384，滿足邊坡穩定要求。

4 礦山邊坡災害防治措施

4.1 建立健全的邊坡管理和檢查制度

首先必須建立一套完善的礦山邊坡治理管理制度，選派工程技術人員和有經驗的工作人員，專門負責邊坡上的管理工作，及時清除隱患。雨季是邊坡地質災害多發季節，要搞好截水、排水，杜絕積水、外部山坡徑流侵蝕軟弱邊坡，在暴雨季節應加強對邊坡、采場的檢查，發現邊坡有塌滑征兆時有權制止采剝作業，撤出人員和設備，并向礦山負責人報告；當發現邊坡上有裂陷可能滑落或有大塊浮石及“傘檐”懸在上部時，必須進行及時處理，處理時要有可靠的安全措施，受到威脅的作業人員和設備要撤到安全地點；設立專門觀測點，定期觀測記錄邊坡變形和滑動情況；嚴格按照由上往下的開采順序，嚴禁從下部分段掏采。采剝工作禁止形成傘檐、空洞等，嚴禁采用不分層的“一面墻”開采方式。

4.2 完善人工加固方式

發現邊坡有滑坡危險時應采用人工加固措施，其主要的加固方法：一是設置坡腳護墻，在坡腳襯砌巖石或混凝土塊，以防止和限制坡腳移動；二是打抗滑樁；三是打錨桿。人、機在高坡作業時，要認真查勘邊坡穩定情況，安全員要親自到現場指揮，作業過程中隨時對邊坡進行觀察、監控。

4.3 加強邊坡監測

由于巖土工程的復雜性，露天礦山邊坡受爆破震動、降雨等多種因素的影響，因此在礦山生產過程中對邊坡變形等進行監測，應用監測所得的信息指導礦山開采、防災減災，及時、詳細地掌握邊坡的變化和穩定狀況。測點和測試原件埋設隨工程進度進行，礦山開采之前監測2次，用其平均值作為初始值。監測周期為開采期間及開采完成后兩年內。監測應每月不少于1次，在雨季和融雪季節應每半月進行1次；出現等速變形時，應每周不少于1次；加速變形時應每日進行監測，監測數據異常、邊坡下挖、附近爆破或大雨后加密監測次數。

4.4 防災建議

礦山邊坡災害防治具有一定的特殊性，針對礦山表土層較厚，礦體較破碎，邊坡較陡、較高區域，應做好加固保護，加強邊坡監測，安排專人巡檢；切實加強邊坡防治，在邊坡破壞區或潛在破壞區、危石滾落危險區進行采礦作業和邊坡、危石整治時，應以防為主，防治結合，先治理，后生產；發現險情，必須撤退威脅區作業人員，并設置好警戒及防護設施；在坡面上進行排險作業時，作業人員應當系安全帶，不得站在危石、浮石上及懸空作業；嚴禁在同一坡面上下雙層或者多層同時作業。

5 結束語

礦山邊坡穩定性是生產過程中不可忽視的問題，一旦邊坡的穩定性達不到要求，往往容易導致邊坡垮塌、滑坡等事故的發生，影響生產，造成人員傷亡和設備損壞，造成資源損失，增加礦山剝離成本。研究礦山邊坡災害防范與治理的目的在于預測邊坡失穩的破壞時間、規模以及危害程度，事先采取防治措施，減輕地質災害，使人工邊坡的設計達到安全、經濟的目的。