露天金屬礦山邊坡穩定性的影響研究

涂金地

（中鐵九局集團有限公司大連分公司，遼寧 大連 116000）

近年來，我國礦山開采范圍不斷擴大，開采程度也日益深入。但在露天金屬礦山開采中仍存在一系列亟待解決的突出性問題，其中首當其沖的就是邊坡穩定性問題。在礦山開采過程中，一旦邊坡失穩，不僅會給礦山企業造成無法彌補的經濟損失，還會對開采人員的生命安全構成威脅。目前，露天金屬礦山設計參數不斷優化，陡幫開采理念也受到礦山企業的高度重視。只有積極轉變礦山開采理念，合理運用先進的開采技術，才能維護邊坡工程的安全性。

1 露天金屬礦山邊坡工程的基本特征

與公路工程、水利水電工程的巖體邊坡相比，露天金屬礦山邊坡工程具有較大的差異性。由于露天金屬礦山邊坡工程處于爆破震動場所內，極易受到爆破作業的干擾，稍有不慎，就會導致邊坡工程失穩，進而對整個礦山開采活動造成不利影響。由此，全面掌控露天金屬礦山邊坡工程的基本特征顯得尤為重要。

1.1 邊坡工程多樣性及復雜性

露天金屬礦山邊坡工程具有地質結構多樣化與復雜化的特點。不同類型地質結構之間的耦合作用，以及自然環境的變化會在很大程度上影響邊坡穩定性。尤其是在持續強降雨天氣狀況下，地表徑流的沖擊、地下水位的上升及爆破作業產生的振動效應，會直接破壞邊坡結構穩定性。

1.2 邊坡安全的時效性

通常來說，礦山企業為縮短工期，節約成本，并不會在邊坡工程上投入過多的人力、物力和資金。在礦山基建階段，修建的邊坡以臨時陛邊坡為主。而這種臨時陛邊坡缺乏穩定性，且穩定性難以預估。大多數礦山企業也只是盡可能的保證該階段礦山開采不出現任何安全問題，對后續開采作業的安全性缺乏考量。與此同時，隨著礦山開采的推進，這種臨時邊坡的穩定性也隨之減弱。

1.3 巖體及邊坡的動態變化性

邊坡工程是隨著露天金屬礦山開采進度的推進而變化的。在礦山開采過程中，這種變化是被允許的，換言之，只要這種變化不影響開采作業即可。邊坡工程的穩定性也應該是一個變化的過程。也就是說，隨著露天金屬礦山開采程度的加深，邊坡工程的穩定性必須隨之增強。只有這樣，才能推動整個開采作業的順利開展。

2 影響露天金屬礦山邊坡穩定性的因素

2.1 巖體結構因素

巖體結構的變化會在很大程度上威脅露天金屬礦山邊坡的穩定性。通過對過往的施工報告展開調查，以及對實踐工作經驗的總結可知，巖體構造變化是導致露天金屬礦山邊坡失穩的主要原因。

通常情況下，礦山企業在邊坡設計與建造時，會深入施工現場，對現場周圍的巖石情況展開考察與研究，并采集巖石樣本進行分析。由此，判斷該區域是否適合開展露天礦山邊坡施工作業。目前，行業內對不良巖體結構提出了明確的劃定標準。其中，弱面結構是最常見的不良巖體結構之一。這種巖石結構極易在外界環境變化以及爆破震動效應的影響下，出現表面結構開裂現象。而一旦巖石結構出現開裂，就會在很大程度上破壞整個邊坡工程的穩定性。

2.2 巖性土層礦物質結構因素

除巖石結構以外，露天金屬礦山邊坡穩定性還會受到巖性土層及其內部結構的影響。而且不同類型的巖性土層對邊坡穩定性的影響程度不同。例如，鐵質巖性土層對邊坡穩定性的影響程度，遠遠超過硅質巖性土層。從根本上來說，巖性土層所包含的礦物質不同，這是導致其性能差異的主要原因。同時，巖性土層中各類礦物質的連接方式也各不相同。

根據對各類巖性土層樣本展開深入研究可知，部分礦物質以結晶連接方式為主，而部分礦物質以膠結連接方式為主。其中，變質巖是較為常見的礦物質結晶結構。由于變質巖的穩定性較好，所以適用于礦山邊坡的基建構造體。需要格外強調的是，大多數膠結構造礦物質巖體的穩定性較差，并不適用于礦山邊坡的基建工程，會增加施工中的安全隱患。

2.3 自然環境因素

影響露天金屬礦山邊坡工程穩定性的自然因素主要包括，地表徑流沖擊、地下水侵蝕、裸露風化和空氣溫濕度變化等。其中，裸露風化會在很大程度上破壞巖石的表面結構。在自然風力的持續作用下，巖石表層的擴張力不斷增大，當擴張力超過其自身的耐受極限時，初期階段會出現輕微裂紋。隨著時間的延長，裂紋逐漸深入內部結構，形成大規模開裂。而一旦巖石開裂，會極大地損害整個巖體結構的穩定性。

再者，空氣溫度的變化也會增大巖石內外部結構的溫度差異，形成溫度應力，一旦溫度應力超過巖石結構自身的抗拉限度，就會使巖體開裂。相較而言，地下水侵蝕是對巖石結構以及邊坡工程穩定性影響程度最大的自然環境因素。水體會順著巖石結構表面裂紋逐漸滲入內部結構，隨著時間的延長，裂紋逐步擴張，巖石顆粒流失，完整性遭到破壞。盡管地下水侵蝕的影響是循序漸進的，是緩慢的，但對邊坡穩定性的影響卻是不容小覷的。為此，在礦山開采過程中，必須加大對自然環境因素影響的重視力度。

2.4 人為破壞因素

在礦山開采過程中，不可避免的會開展爆破作業，且使用重型機械設備。而爆破作業以及重型機械設備作業，又會產生劇烈的震動效應，威脅邊坡穩定性。一方面爆破作業會導致巖石結構產生一定程度的滑移力，威脅邊坡的穩定性。另一方面爆破作業產生的劇烈震動效應，會致使巖體開裂。

當前，在采礦作業中，最常用的爆破方法就是垂直深孔爆破方法。這種爆破方法會對露天礦山邊坡造成嚴重的破壞。以吉林天池礦業下屬官地露天鐵礦和雞南露天鐵礦為例。在開采過程中，爆破作業對巖石結構造成了極大的破壞，再加上自然環境條件較為惡劣，致使邊坡失穩，險些釀成嚴重的開礦事故。

通常來說，巖石的震動速度越快，爆破作業產生的破壞程度越大。而巖石的震動速率又會受到用藥量、爆破范圍以及巖石結構天熱屬性等因素的影響。總而言之，在露天金屬礦山開采過程中，必須加大對爆破作業的重視，盡可能的減輕爆破作業對邊坡穩定性的影響。

3 增強露天礦山邊坡穩定性的具體措施

在露天金屬礦山開采中，若想增強邊坡穩定性，必須采取如下幾方面措施：加大地質勘查力度；完善礦山排水設施；約束和規范采礦行為；選擇適宜的邊坡加固處理措施。下面就將對上述措施展開具體論述。

3.1 加大地質勘查工作力度

在露天金屬礦山開采前，指定專業技術人員深入現場進行地質勘察，全面了解礦山周圍的地質結構條件和巖石結構情況。編制完整的地質勘察報告，上報至工程設計部門。在地質勘察報告中，詳細表述礦山周圍地質結構條件、地質薄弱地帶及自然資源分布情況，為工程設計與施工提供可靠的參考依據。

此外，利用各類現代科技手段，創建完善的邊坡監測系統，如全球衛星定位技術、遠程遙感技術、三維激光掃描技術、雷達技術以及地理信息技術等。通過對邊坡的全方位、動態化、精細化監測，掌握邊坡穩定性的變化規律，采取切實可行的防治措施，以維護邊坡結構穩定性。

3.2 完善礦山附近排水設施

對地表水及地下水展開流量變化監測也是至關重要的。相關人員可以通過建設引排水設施的方式，將地表徑流引入平原地帶或自然流域中，尤其是初春積雪融化時節和夏季持續強降雨時節，引排水工作更加重要。借助引排水，可以最大程度的減小地表徑流對巖石的沖擊力，減輕腐蝕程度。

另外，地表徑流滲入以及地下水上涌還會導致巖石結構裂縫擴張。為此，加強防滲工程建設至關重要。防滲工程不僅可以有效控制巖石的腐蝕程度，還可以有效抑制巖石的風化作用。總而言之，無論是引排水工程，還是防滲工程，在正式施工前，都需要對地表徑流和地下水的流量變化展開密切監測。

3.3 約束和規范采礦行為

首先，在了解礦區地質結構條件的情況下，對整個開采流程進行合理規劃。同時，充分考慮多方面因素，選擇適宜的爆破方式。在爆破作業中，除了要選擇合理的爆破方法以外，還應合理劃分爆破工作區，并將各工作區的彈藥量控制在合理范圍內。其次，由于采礦廢料的堆積，機械設備的使用會產生一定強度的荷載力，所以，在礦山開采過程中，需對機械設備與廢棄石料進行統一管理。并定期清理生活垃圾和爆破產生的廢石料，將重力荷載控制在合理范圍內，最大程度的減輕重力荷載對邊坡穩定性的影響。這里需要格外強調的是，礦山開采嚴禁掏采，以免因掏挖量過大而導致邊坡失穩。

3.4 選擇適宜的邊坡加固處理措施

除預防措施以外，對于已經出現失穩問題的邊坡來說，必須開展清理和加固處理。具體來說，就是清理邊坡上堆積的垃圾雜物和廢棄石料，對出現崩塌的邊坡予以修整加固，增強邊坡的安全穩定性。

另外，對于巖石構造、紋路節理存在缺陷的邊坡，可采用設置擋滑墻、抗滑樁以及邊坡注漿等人工干預措施，進一步提升邊坡的穩定性。與此同時，定期開展邊坡巡查與維護，確保邊坡的安全穩定性，增大開采作業安全系數。

4 結語

綜上所述，在礦山開采過程中，安全始終是第一要義。尤其是露天金屬礦山的開采，必須加強邊坡監測，避免因邊坡失穩而產生安全事故。礦山企業相關人員應當明確導致邊坡失穩的原因，采取科學合理的邊坡加固處理措施，以期推動開采作業的有序開展，維護多方利益。