露天礦邊坡穩定性分析方法的選擇和應用

曾慶偉

（甕福集團甕福磷礦穿巖洞礦，貴州 福泉 550500）

露天礦山邊坡的不穩定對于周圍很多的區域造成了嚴重的破壞，所以露天礦山邊坡的穩定性越來越受到人們的關注，但是露天礦山邊坡的穩定性會受到各種因素的影響，其中直接的影響因素就是礦邊坡的地質條件，所以本文將深度的探討有關露天礦山邊坡穩定性分析方法。

1 露天礦山邊坡穩定性分析的常規步驟與不足

1.1 露天礦山邊坡穩定性分析的常規步驟

進行露天礦山邊坡穩定性調查分析有著基本分析步驟，首先要對所要調查的礦邊坡進行地質勘查，然后對相關區域進行具體特點的劃分并采取樣本；接著利用邊坡的巖石樣本進行室內物理力學實驗，了解所調查礦邊坡的巖石力學特點，進一步得到礦邊坡不同區域的力學參數；對樣本所在區域進行調查和分析，通過計算分析得到相關的巖石穩定性系數，并且進行具體的穩定性系數的代入，從而能夠更加深入的調查有關區域的邊坡區域的穩定性狀況。

1.2 目前露天礦邊坡穩定性分析方法的不足

目前針對于露天礦邊坡的穩定性分析有了一定基礎的調查步驟，但是在進行具體的分析的時候很多的方法和步驟在運用時并不精確，所以目前露天礦邊坡穩定性分析方法還有比較大的不足需要我們改進。對于目前的礦邊坡穩定性分析的方法來說，不足之處主要有：

（1）相關的結構面的選取樣本比較局限于局部。我們在進行露天礦山邊坡巖石的結構面選取的時候，主要是進行整個露天礦山邊坡的區域劃分，進行組合式的勘探，但是在具體的應用過程中很多的物理實驗人員，卻把局部的結構面的地質力學特點作為整個礦邊坡或者整個分區域來進行研究，這就容易導致在相關的力學參數以及很多的穩定性系數的獲取的時候，出現相對的誤差。

（2）結構面計算參數求解的不足。在進行相關的力學參數獲取的時候，很多參數在試驗中獲取的過程比較復雜。地質巖石的不確定性，調查的礦邊坡穩定性特點并不能有效的呈現出理論的規律系數，所以在進行有關的穩定性系數的獲取的時候，可能需要依靠多方面的調查資料才能有效精準的確定相關區域的穩定性狀況的，試驗人員會因為有的資料獲取的不便，而采取單一結構面的相關資料來確定復雜的穩定性系數，因此可見目前很多的穩定性系數的獲取存在一定的缺陷，同樣的利用這種不夠精確的穩定性系數對整個礦邊坡進行分階段的衡量時，顯然穩定性結果也會存在一定的偏差。

2 邊坡穩定性精準評價方法的提出

考慮到常規分析中存在的不足，為了更準確獲取露天礦山邊坡穩定性的評價結果，接下來提出了“精度、精細、精確、精準”的邊坡穩定性精準評價理念及其解決辦法：

（1）邊坡分析尺度的精度劃分。露天礦山邊坡的工程巖體中發育有不同規模的結構面，不同規模、不同空間位置的結構面對礦山邊坡穩定性影響的程度和范圍必然不同。考慮結構面位置和結構面規模對總體邊坡、組合臺階邊坡、臺階邊坡穩定性的差異化作用，分別開展不同等級邊坡的分級建模與破壞模式分析，正所謂“一把鑰匙開一把鎖”，可為系統評價露天邊坡穩定性提供客觀真實的計算模型。

（2）不同范圍結構面的精細量測。結構面有大有小、有長有短，對普遍受結構面控制的露天礦巖質邊坡而言，必須重視不同級別結構面的影響，對不同尺度與影響范圍的結構面進行精細量測，獲取其控制性優勢結構面。

（3）結構面參數的精確獲取。結構面不僅尺寸規模不同，而且結構面的粗糙程度、起伏程度各有不同，由此導致結構面的抗剪參數亦不相同。因此，針對不同結構面，進行穩定性計算時必須提供針對性的剪切參數，如此才能確保邊坡穩定性計算結果的準確性。

（4）與破壞模式相對應穩定性分析方法的精準選取。在《有色金屬采礦設計規范》（GB50771-2012）和《冶金礦山采礦設計規范》（GB50830-2013）中均明確規定“邊坡穩定性計算應以極限平衡法為主”，但極限平衡法的計算方法有很多，如簡化Bishop法，摩根斯坦-普賴斯法，Sarma法，傳遞系數法，楔體法等，不同方法對應不同的破壞模式。因此，只有準確判定邊坡可能的破壞模式，在此基礎上選擇相應的極限平衡計算方法，才可能獲得準確的邊坡穩定性評價結果。

3 現狀邊坡穩定性分析的應用實踐

穿巖洞露天礦位于貴州省福泉市與甕安縣交界處，屬于工程地質條件簡單的礦區。采場現狀露天境界內最高標高1392m，最低標高996m，現狀回采境界尺寸南北長約1650m，東西寬約1010m，臺階高度12m。根據對采場東南部區域1080m～1392m平臺邊坡的現場調查，結合開采現狀和地形條件，本次應用實踐范圍主要為東南幫邊坡。通過現場對巖體結構面調查統計與分析和獲得的邊坡巖體結構面抗剪強度計算結果，將穿巖洞礦邊坡區域東南方向進行了10個剖面的劃分，具體剖面位置如下圖所示。

圖1 露天礦開采界限劃分圖

圖2 露天礦邊坡剖面圖

（1）穿巖洞礦邊坡安全系數判斷標準的提出。現狀開采條件下，穿巖洞礦露天邊坡最高為384m，如果邊坡發生失穩，則會對采場內作業人員的生命造成威脅，因此，邊坡危害等級屬“嚴重”，按《非煤露天礦邊坡工程技術規范》（GB51016—2014）可評定為工程安全等級為Ⅰ級；本次計算分析穿巖洞露天邊坡安全系數統一按表1的標準進行評價。

表1 穿巖洞礦露天礦邊坡穩定安全系數評判標準

（2）現狀邊坡穩定性力學計算方法選擇與分析。從穿巖洞礦邊坡現狀來看，邊坡的穩定受到相應的巖體結構面具體力學參數以及具體結構面地質特點影響，所以在進行邊坡穩定性分析時，應該對不同巖石的結構面進行具體的劃分，不同的邊坡穩定性相應的還受到不同的巖石地質的破壞程度的影響，所以在進行有關的地區結構面的分析的時候，應該加強對不同的結構面進行分區域的破壞程度的具體分析。

通過確定的巖體力學參數、結構面抗剪參數等，進行組合式以及臺階組合式、臺階式的分級劃分，同時由于不同的結構面的地質特點不同，相應的邊坡巖石的破壞程度也有著明顯的差別。因此，本次應用的穩定性系數求解方法主要選擇了極限平衡法和強度折減法。

對現狀邊坡10個剖面分別采用基于極限平衡法和強度折減法在邊坡結構面三種工況條件下進行具體穩定性參數的計算，計算結果見下表。

表2 現狀邊坡各剖面安全系數計算結果（極限平衡法）

表3 現狀邊坡各剖面安全系數計算結果（強度折減法）

（3）應用成果。在具體礦邊坡穩定性分析狀況中，由于不同的礦邊坡破壞程度不同，相應的穩定性系數求解以及應用的方法也存在著具體的差別，所以在進行相關應用中會選擇不同方法。通過采用極限平衡和強度折減法對穿巖洞礦整體邊坡進行穩定性計算，現狀條件下邊坡安全系數均較大，邊坡處于穩定狀態。

4 結語

通過對穿巖洞礦現狀邊坡穩定性分析提出的精準評價方法，對穿巖洞礦邊坡進行不同區域的劃分，分別采取極限平衡法以及強度折減法進行計算，準確獲取了現狀邊坡安全系數，經與穿巖洞礦露天礦邊坡穩定安全系數評判標準對比，穿巖洞礦現狀邊坡的穩定性較好。