露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響因素探析

周少鵬

摘要：本文簡(jiǎn)要闡述了露天礦邊坡的特征，在此基礎(chǔ)上，對(duì)影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的地質(zhì)因素、邊坡結(jié)構(gòu)因素、生產(chǎn)因素及其它因素等進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：露天礦;邊坡穩(wěn)定性;影響因素

露天礦開(kāi)采的過(guò)程就是邊坡形成的過(guò)程，礦山巖體開(kāi)挖與邊坡形成貫穿露天礦生產(chǎn)作業(yè)的始終。露天礦邊坡的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，隨著礦山開(kāi)采的不斷深入，邊坡也逐漸高陡深凹，邊坡的穩(wěn)定性成為礦山安全作業(yè)的重要影響因素。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)露天采礦場(chǎng)存在的不穩(wěn)定邊坡或具有潛在滑坡危險(xiǎn)的邊坡在礦場(chǎng)總邊坡長(zhǎng)度中占比達(dá)到了15%～20%，一些礦場(chǎng)甚至達(dá)到了30%以上。露天采礦場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性對(duì)其安全作業(yè)影響巨大，因此，對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行分析，對(duì)于確保露天礦山安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就此方面進(jìn)行一些探討。

1露天礦邊坡特征

露天礦邊坡是隨著采礦作業(yè)的不斷深入而逐步形成的，從最初只有一個(gè)或幾個(gè)臺(tái)階發(fā)展形成具有數(shù)十個(gè)臺(tái)階的高大邊坡，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，一般需要幾年或十幾年的時(shí)間，其最終邊坡形態(tài)的形成標(biāo)志著采礦作業(yè)的完結(jié)或礦山的廢棄。

露天礦邊坡的特征主要有以下幾個(gè)方面，一是露天礦邊坡一般都是高邊坡，高度從幾十米到幾百米不等，走向可達(dá)數(shù)千米，揭露巖層多，巖體的強(qiáng)度低、完整性差，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各部分地質(zhì)條件的差異較大;二是露天礦邊坡是由上而下逐步形成的，上部邊坡的形成時(shí)間長(zhǎng)于下部邊坡，具有時(shí)效性，這使得上下部邊坡的穩(wěn)定性不盡相同;三是露天采礦爆破作業(yè)、運(yùn)輸作業(yè)等會(huì)使邊坡巖體受到經(jīng)常性的震動(dòng)，邊坡穩(wěn)定性會(huì)不斷發(fā)生變化。

2露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響因素

影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的因素主要有地質(zhì)因素、邊坡結(jié)構(gòu)因素、生產(chǎn)因素以及風(fēng)化、氣候、開(kāi)采時(shí)間以及人為等其它因素。

2.1地質(zhì)因素

地質(zhì)因素對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性具有重要的影響。巖石性質(zhì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖體孔隙度、巖體結(jié)構(gòu)面以及地應(yīng)力等是影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的主要地質(zhì)因素。

巖石礦物成分與結(jié)構(gòu)構(gòu)造決定著巖體性質(zhì)，主要影響著巖石的力學(xué)性質(zhì)和抗壓強(qiáng)度，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性具有重要的作用。巖體孔隙度主要影響巖石的吸水性，進(jìn)而影響巖體的抗壓、抗剪及抗拉強(qiáng)度，巖石的孔隙度增大，其強(qiáng)度性能會(huì)降低。結(jié)構(gòu)面是在巖體內(nèi)形成具有一定方向、規(guī)模、形態(tài)和特性的面、縫、層、帶狀的地質(zhì)界面，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性具有直接的影響。結(jié)構(gòu)面形態(tài)特征越復(fù)雜，邊坡的穩(wěn)定性越差，邊坡也越容易發(fā)生變形、破壞。地應(yīng)力包括自重應(yīng)力、震動(dòng)應(yīng)力、溫差應(yīng)力等，露天礦場(chǎng)存在的地應(yīng)力會(huì)使邊坡巖體向自由面變形移動(dòng)，使原有巖體裂隙擴(kuò)大或造成新裂隙的出現(xiàn)，從而影響邊坡巖體的穩(wěn)定性。露天礦場(chǎng)的地應(yīng)力會(huì)隨著開(kāi)采深度的增加而增加。

2.2邊坡結(jié)構(gòu)因素

影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的邊坡結(jié)構(gòu)因素主要有臺(tái)階高度和平臺(tái)寬度、邊坡角與邊坡高度、臺(tái)階坡面角和最終邊坡角。

露天礦場(chǎng)開(kāi)采的臺(tái)階高度和平臺(tái)寬度對(duì)邊坡形成及其穩(wěn)定性具有重要的影響。確定臺(tái)階高度和平臺(tái)寬度要考慮礦巖的埋藏條件和力學(xué)性質(zhì)，以及穿爆作業(yè)和采掘工作面的要求。我國(guó)大中型礦山的臺(tái)階高度一般為8～15m，在邊坡角相同的情況下，邊坡越高其自重力越大，相應(yīng)的邊坡滑動(dòng)的剪切力也增大，穩(wěn)定性越差;平臺(tái)寬度影響著邊坡角的大小，當(dāng)邊坡高度一定時(shí)，邊坡角越大，邊坡的穩(wěn)定性越差，臺(tái)階最小寬度一般以滿(mǎn)足運(yùn)輸和安全條件為前提。臺(tái)階坡面角的大小與礦巖性質(zhì)、穿爆方式、推進(jìn)方向、礦巖層理方向和節(jié)理發(fā)育情況等因素有關(guān)。在一般情況下，臺(tái)階坡面角大小取決于礦巖的性質(zhì)：松軟礦巖的工作臺(tái)階坡面角小于礦巖的自然安息角，較穩(wěn)定的礦巖的坡面角小于55°，堅(jiān)硬穩(wěn)固的礦巖的坡面角小于75°。

2.3生產(chǎn)因素

生產(chǎn)因素對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性也具有重要的影響，主要表現(xiàn)為開(kāi)采作業(yè)產(chǎn)生的震動(dòng)、開(kāi)采順序和推進(jìn)方向。

露天采礦場(chǎng)開(kāi)采作業(yè)產(chǎn)生的震動(dòng)是邊坡穩(wěn)定性重要的影響源，爆破作業(yè)、車(chē)輛運(yùn)輸作業(yè)是露天采礦主要震動(dòng)源。露天采礦場(chǎng)爆破作業(yè)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為：爆破震動(dòng)增加邊坡的滑動(dòng)力;爆破作業(yè)破壞邊坡巖體的完整性，邊坡巖體破壞嚴(yán)重，表層破碎，易剝落崩塌;易受風(fēng)化、水滲流等影響降低邊坡穩(wěn)定性和安全系數(shù)。露天礦臺(tái)階上車(chē)輛運(yùn)輸作業(yè)產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)對(duì)邊坡巖體產(chǎn)生頻繁擾動(dòng)，對(duì)其穩(wěn)定性影響較大，甚至有可能觸發(fā)局部臺(tái)階的滑動(dòng)。在露天采礦場(chǎng)的生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，開(kāi)采順序和采礦推進(jìn)方向同樣會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性造成重要影響。采用不合理的開(kāi)采順序、在臺(tái)階底部進(jìn)行掏底開(kāi)采，會(huì)形成傘檐狀邊坡和空洞，從而使邊坡失穩(wěn)。

2.4其它因素

風(fēng)化作用會(huì)使露天礦巖體原生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的規(guī)模增大，條件惡化，并有可能產(chǎn)生風(fēng)化裂隙等次生結(jié)構(gòu)面。長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化作用會(huì)使巖石強(qiáng)度降低，尤其是一些抗風(fēng)化性能較差的軟巖，強(qiáng)度會(huì)大幅減小，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性極為不利。巖石風(fēng)化速度受礦山開(kāi)采年限、巖體成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、爆破震動(dòng)、降雨等因素的影響。在同一個(gè)露天礦，同樣的巖性，上部邊坡比下部邊坡風(fēng)化程度要大，穩(wěn)定條件也相應(yīng)降低。

在礦山開(kāi)采中，開(kāi)采時(shí)間與礦區(qū)氣候條件也是不可忽略的重要因素。隨著開(kāi)采時(shí)間的延續(xù)和氣候的變化，邊坡的狀態(tài)相應(yīng)發(fā)生變化，影響邊坡巖體穩(wěn)定的因素如巖層成分與構(gòu)造面、地下水、地應(yīng)力、邊坡幾何形狀等都隨著變化。

3結(jié)束語(yǔ)

露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響因素眾多，多數(shù)情況下，造成邊坡不穩(wěn)定是多種因素綜合作用的結(jié)果。邊坡穩(wěn)定性會(huì)隨著露天礦山開(kāi)采過(guò)程而不斷變化，其影響因素很多難以進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)或是進(jìn)行定量分析，為避免發(fā)生邊坡事故，在實(shí)踐中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查，采取必要的、科學(xué)的邊坡維穩(wěn)措施，防患于未然，只有如此，才能最大程度的確保露天礦邊坡的穩(wěn)定性。

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