淺析大型露天礦山采場邊坡安全分析與應對措施

何升云

（四川東方浩遠礦山工程有限責任公司，四川 攀枝花 617000）

在礦山開挖中，邊坡穩定性是保證露天礦采礦安全的基礎，常見的采礦問題包括了自然因素，地質因素以及人物因素幾個方面，通過及時分析礦山邊坡的穩定性，按照極限值分析法，能夠為提升礦山管理以及優化露天開采的穩定性奠定基礎。本次研究針對攀西地區釩鈦磁鐵礦白草礦區露天礦山開挖進行研究分析，現將結果闡述分析如下。

1 白草礦區礦山開采環境分析

白草釩鈦磁鐵礦區是紅格含釩鈦磁鐵礦層狀基性～超基性巖體的一部分，它位于紅格巖體的北東部，屬巖漿重力結晶分異型的層狀～似層狀礦體，整個礦巖較為穩定，整個礦巖整體性高，巖石十分較堅固。

1.1 水文地質條件的分析

礦區位于分水嶺地帶，地勢較高，總的地勢是南東部高與北西部低，一般地形海拔高度1700m ～ 2500m，地形切割較強烈，地表水及地下水的自然排泄條件良好。礦區地下水含水層主要系風化裂隙含水層和構造裂隙含水層，兩含水層均主要接受大氣降水的補給，大氣降水屬于礦床的唯一補水環境，整個水文地質條件屬于簡單—中等類型。

礦體完全受層狀基性～超基性巖體控制，屬巖漿重力結晶分異型的層狀～似層狀礦體，其成巖成礦是一個連續的、不可分割的整體。礦體與含礦層和整個巖體的產狀均向西傾斜，其產狀基本一致，礦體的空間分布與巖體的分異現象密切相關，呈層狀、似層狀、透鏡狀，整個抗壓抗剪的強度較大，且巖性的組合較簡單，地質結構也簡單可行，部分礦床存在弱夾層，斷層穿過后，礦床邊坡的穩定性有較大的影響。

1.2 采礦要素分析

白草礦區現有采場面積86810m 2 ，露天釩鈦磁鐵礦采礦場臺階高12m，清掃平臺寬8m，安全平臺寬6m，邊坡角西45°，南北50°，階段臺階坡面角60°～ 65°。

2 對于現有環境的邊坡穩定性分析

攀西地區的釩鈦磁鐵礦礦山幾乎均為露天采礦，因為采礦地區的不可選擇性以及礦體的賦存空間限制以及地域特點，影響邊坡穩定性的因素較多，主要可以分為自然因素，地質環境因素以及人為因素等幾個方面，現將其研究分析如下。

2.1 自然因素

降水量對邊坡的穩定性有直接干擾，因為降水量高的地方干旱地區的滑坡數量多，十分容易發生地質災害等影響，且白草礦區區地域半干旱型的亞熱帶氣候，年平均降水量878.1mm，全年降水量集中在夏季，且容易伴有暴雨。地質災害也會直接干擾到邊坡的穩定性，隨著地殼運動，巖體也會發生對應的破碎和滑坡問題，在地下水的下滲推動下，也會因為地震增加了下滑力，讓整個邊坡產生強烈的滑動，結合國家地震局編制的地震區域劃分，白草礦區采場位于VI-VII度區。基于降水量的前提下，采礦場的地形變化也會影響附近的水文布局，河流下切以及沖刷也會引起滑坡問題。

2.2 人為影響

人工開采的方式以及方法也會對礦產的開挖造成影響，礦山開挖中會形成邊坡，這也會改善整個自然坡體的應力狀態和地下水的流暢性，十分容易引發山體滑坡問題。且排土場的選址也會影響露天開采質量，距離設置不當，會增加下滑力，也會影響地下水發育，容易造成老地面整體或者局部滑動問題，造成直接的滑坡現象。植被破壞，爆破振動也會干擾露天礦產的邊坡穩定性，這些客觀的因素若沒有及時制止，也會引發更多難以預料的礦體開采安全問題。

2.3 地質影響

針對礦產的特殊性質而言，影響其巖土性質以及穩定性的因素包羅了巖土的堅硬程度，抗風化能力以及巖石抗剪強度，透水性等因素，結合巖層的結構以及構造分析，邊坡體的結構面，產狀態以及塊狀結構，碎裂結構也會對整個礦山的邊坡穩定性造成影響。因為地質結構的影響，會直接形成褶曲和斷裂、節理裂隙發育等結構，也為巖體的自然滑動奠定了基礎，隨著地下水軟化以及潛在滑動地層影響，會直接降低整個地質結構層的穩定性，最終影響整個邊坡的穩定性，且有的邊坡滑動帶也會順著斷層以及錯動帶發育，造成讓人無法預料的影響。

3 對于邊坡管理的措施分析

結合采場邊坡計算分析，按照白草礦區采場的邊坡管理，應當從以下幾個方面做好邊坡管理。①采用合理的施工方法，可采用之上而下的分臺階開采方法，禁止采用一面墻式的開采或者是露天掏底開采。②預防水資源對周圍環境的侵蝕，如修筑截、排水溝等方式來減少對軟弱結構面的直接沖擊，緩解局部破碎地段的影響，也可采用噴射混凝土護坡的方式，提升整個邊坡的質量。③對于邊坡上覆蓋的松散巖石進行處理，若超過了2m要及時清理，或采用削坡45°的方式，更要禁止在整個露天采礦場的頂部邊坡臺階堆積廢石，廢土。④若臨近邊坡的爆破處理，采用預裂控制爆破技術，合理控制整個爆破對邊坡的影響，保證采場的穩定性。⑤建立有效的安全管理制度，通過建立合理有效的邊坡長期定點觀測處理，對于潛在的變形以及滑動地段處理，并設置專門的觀測點進行定期觀測，做好對應的記錄管理。

4 數據檢測模擬分析

本次研究針對白草礦區采場從2016年8月開始設置了21個監測點，因開采過程中造成6個點被破壞，現有效監測點15個所監測到的位移數據隨開挖過程的變化曲線中可以看出，模型在剛開挖后位移有一個劇烈變化的過程，此時段對應的模型最大不平衡力也達到峰值。隨后位移也逐漸趨于平緩，最終位移為兩步驟開挖后的累積位移，說明整體模型達到了穩定平衡狀態。但模型累積位移不大，均在厘米級，最大監測點累積位移為5.0cm左右，說明邊坡開挖后未產生大規模滑移破壞。模型的最大主應力進行監測，選取模型的最大主應力（Smax）作為分析指標，從兩步驟開挖方案模擬情況來看，模型整體的最大主應力（Smax）呈現逐漸增大的趨勢，從一步驟開挖后的0.096MPa增大至二步驟開挖后的0.528MPa。受開采擾動的影響邊坡開挖面附近形成了較大的集中應力，坡頂表現為拉應力，巖體承受了較大的拉力，坡腳表現為壓應力，容易在該區域形成拉裂破壞區，實際生產中應引起足夠的重視。選取模型的絕對位移（Disp）作為分析指標，從兩步驟開挖方案模擬情況來看，開挖引起的巖體位移最大值主要集中在開挖區域的邊坡坡頂和坡腳，邊坡巖體的變形在坡頂和坡腳處位移最大，從坡面向坡內側位移逐漸減小，但總體模型的位移值均較小。說明邊坡開挖后未產生大規模滑移破壞。

以上研究可知，結合數據模擬技術研究的結果，表示經過邊坡開挖設計處理后，整個邊坡都能夠在穩定狀態下運行，雖然因為客觀環境影響會導致邊坡發生一定變化。但是因受到開挖擾動的影響，開挖區的坡頂、坡腳均存在應力集中的現象，且監測點發生的位移問題不明顯。根據模擬結果分析，邊坡實際情況可能比模擬結果更復雜。對此，對應的工作人員應當針對白草礦區的地理特征，優化邊坡的監督管理，并做好邊坡安全管理和保護，盡量減低爆破對邊坡的擾動影響，并及時處理采場上部的陡巖、危巖，加強采場境界外的截、排水工作，必要時可在局部巖體破碎地段采取相應的加固方法，如錨固、注漿等，確保邊坡穩定。

5 結語

綜上所述，結合白草礦區采場的管理分析，該地段露天采礦邊坡安全穩定因素主要有 ：水文（當地降雨量大，降水量會直接影響邊坡穩定性）。巖土性質（巖石堅硬，也容易受到弱表土的影響。）構造環境（露天礦產屬于順坡向結構，部分邊坡受影響嚴重）。結合當代地質環境影響，可以采用極限平衡法和強度折減法來計算白草礦區采場的邊坡穩定性，以此來制定堆放材料的方法，保證整個礦山邊坡的穩定性。對白草礦區的邊坡管理建議采用綜合性的開采技術，嚴格管理影響開采場內部的風險，做好疏水，排水管理，并合理分配材料堆放位置，減少邊坡的 荷載影響，并控制爆破的振動，減少環境影響，最終加強邊坡的檢測技術，實現對整個邊坡的管理。