露天礦邊坡穩定關鍵影響因素及邊坡治理與采礦一體化方法探討

近年來，我國的采礦事業得到快速發展，露天采礦項目隨之增多。露天礦開采的過程中，會對邊坡的穩定性造成影響。為避免邊坡失穩誘發滑坡災害，有必要對影響邊坡穩定的關鍵因素加以分析，并明確露天采礦與邊坡穩定的關系，采取有效的措施治理邊坡，實現邊坡治理與采礦一體化的作業目標，在提高露天采礦效率的基礎上，保證邊坡安全、穩定。借此就露天礦邊坡穩定關鍵影響因素及邊坡治理與采礦一體化方法展開分析探討。

1 露天礦邊坡穩定性的關鍵影響因素分析

1.1 邊坡的特點

在巖土工程中，邊坡是較為重要的領域之一，涉及諸多學科，如力學、工程數學、地質學、結構學等。現實中的邊坡種類較多，有自然形成的邊坡、公路工程建設中修筑的邊坡、露天礦開采的邊坡等。雖然都是邊坡，但由于種類不同，所以特點也存在差異。本文研究的重點是露天礦邊坡，下面對此類邊坡的特點做簡要分析。露天礦邊坡是采礦過程中形成結構物，通常是與地殼巖體相連，因該邊坡處于地應力場中，所以始終要承受自然應力的作用。不僅如此，露天礦邊坡還是采礦活動的主要對象，因此，它會受到采礦作業的影響。此類邊坡的特點體現在如下方面：

換填法的具體流程就是挖除地基以下一定深度范圍內的軟土層土體，然后，使用性能穩定、質地堅硬、強度標準高的材料進行填充，同時配合機械碾壓或人工操作夯實。通常來說，換填法適用于淺層地基處理及一些地質結構條件特殊的區域。

（1）與一般的邊坡相比，露天礦邊坡的高度比較高，基本上在數百米左右。除了高之外，走向也比較長，通常能夠達到幾公里，由此使得露天礦揭露的巖層相對較多，邊坡的地質條件存在比較大的差異，具有變化復雜的特點。

（2）滑坡是露天礦邊坡的主要破壞形式，由于此類邊坡是在露天礦采礦過程中形成，所以邊坡巖體多呈現破碎狀態，為便于礦產資源開采，并不會對邊坡進行任何維護，從而使得露天礦邊坡很容易受到風化的作用。

（3）露天采礦的過程中，爆破是不可或缺的環節，爆炸時產生的爆破振動會對邊坡的結構穩定性造成不利影響。同時，邊坡上的運輸設備運行時，也會產生一定的振動力，這種振動力長期且持續，對邊坡的穩定性影響較大。尤其是運輸設備日趨大型化，使得臺階上的載荷隨之不斷加大，邊坡承受的重量越來越大，結構穩定性大幅度降低。

（4）露天礦的采礦方式決定了邊坡是從上向下形成，上部的服役年限要遠超下部。正常情況下，露天礦邊坡上部的服役年限能夠達到幾十年左右，而下部的服役年限最多為十幾年，位于對底層的臺階邊坡，基本上都是隨著采礦結束而報廢

。

1.2 露天礦邊坡穩定的影響因素

露天礦邊坡作為一種比較特殊的結構物，它的出現有其必然性，此類邊坡的穩定性會受到諸多因素的影響，大體上可將這些因素分為主要和關鍵兩類。

1.2.1 主要因素

一般來說，路堤預壓期的市場在90～180d之間，實際觀測頻率應當依據沉降量的具體情況而定，例如，依據某高速公路觀測結果的資料，高速公路預壓期的前30d的沉降量較大，然后隨著時間的推移，沉降量將會不斷衰減，因此，在預壓期的前30d內，應當每隔5～10d完成1次觀測，在30～60d，應當每隔15d完成1次觀測，在60d之后，應當每隔30d進行一次觀測。直到觀察120d后，法相月沉降速率小于5mm/月，此時可以展開地層，以及護坡施工，針對工程建設過程中出現的超載段，則可以進行適當的卸載處理，確保公路工程的質量能夠滿足應用需求。

當巖石邊坡達到一定的陡峭程度后，它的破壞面基本上為平面，對于尚未確定滑動面的邊坡而言，可將最危險的滑面傾角稱之為臨界傾角，通常用β

表示。傳統的臨界傾角求取方法存在錯誤，無法保證結果的準確性，所以需要對其做必要的修正。在平面滑坡的前提條件下，邊坡的滑動面傾角可通過相應的公式對β做偏微分處理，并令結果為零。因推導臨界傾角時出現錯誤，所以需要重新計算出邊坡滑動面傾角與穩定系數之間的關系，具體如圖1所示。

影響露天礦邊坡穩定性的主要因素有內因和外因，前者為邊坡巖體固有的性質，如巖石成分、巖體結構面、構造應力等；后者包括采礦、爆破振動、自然風化、水流等。

（1）內因的影響。地殼會在巖體內形成地質界面，由此會導致巖體和巖石的強度減弱，巖體的穩定性與結構面和結構體有關，通過對露天礦滑坡現象分析后發現，邊坡的穩定性會受到以下幾種結構面的影響：軟弱夾層、巖層面、斷層、節理裂隙等。其中軟弱夾層的層理較為發育，吸水之后體積會快速膨脹，呈現為塑性狀態，隨著水分蒸發干燥后，會轉變為固體形態，轉換過程中很容易產生裂縫；巖層面是由沉積巖所形成的巖體，它的抗剪、抗拉強度比較低，受到構造運動的影響，容易產生滑移現象；斷層可能是很小的斷裂面，也可能是寬度較大的破碎帶，它能構成滑動面；節理與斷層相似，也能構成滑動面，而裂隙會引起剝落等現象

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（2）外因的影響。露天礦邊坡的穩定性，會受到以下外在因素的影響：水、爆破、構造應力等。通過對大量露天礦滑坡的工程案例全面分析后發現，80%以上的滑坡都出現在雨后或是雨季，這充分說明水對邊坡穩定性的影響非常大。露天礦邊坡的含水帶以孔隙和構造裂隙為主，前者的潛水面會隨著季節發生變化，如夏季雨水多時，潛水面會不斷升高，后者分布不規律。水能夠使巖石軟化，粘性土巖遇水之后體積會膨脹，強度大幅度降低；爆破是露天礦開采的主要方法，爆破振動會對邊坡的穩定性造成影響，雖然各種先進爆破技術的應用，如光面爆破等，降低了對邊坡穩定性的影響，但卻并未從根本上消除；構造應力會引起邊坡變形，原本的裂隙進一步擴大，邊坡巖體的強度降低，坡底應力集中，邊坡穩定性下降。

2001-2012年海南省國際旅游外匯收入除2003年和2009年下降外，總體呈波動上升趨勢。期間，2003年受亞洲“非典”公共危機事件影響，2008-2009年受全球金融危機影響出現下滑。其國際旅游外匯收入從2001年的1.06億美元上升到2012年的3.48億美元。12年間的平均國際旅游外匯收入為2.21億美元，約占全國的0.65%，排名在二十一位名上下波動。2001-2012年海南省國際旅游外匯收入一直低于全國平均值，差距越來越大。

巖質邊坡的結構穩定性會受到以下因素的影響：巖體結構面、水等。前者包括斷層、節理的產狀、密度等，而后者則是邊坡穩定性最關鍵的影響因素之一。由于水能夠使巖體本身的重度增加，并且還能導致巖體的抗剪強度下降，所以當邊坡巖體受到水的侵蝕后，其穩定性會持續下降。不僅如此，水會對邊坡產生壓力，促使坡體滑動，水流動時會帶走部分固體顆粒，巖土結構遭到破壞，邊坡的穩定性隨之降低。影響露天礦邊坡穩定性的因素較多，其中的自然因素具有無法改變的特點，而人為因素可以通過相應的措施予以消除

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1.2.2 關鍵因素

2 露天采礦與邊坡穩定性的關系

2.1 采礦對邊坡穩定性的影響

巖石力學與彈性力學是邊坡開挖的數值模擬過程中較為重要的理論基礎，巖石作為巖土工程的主要研究對象之一，它的變形與彈性理論相符，在這一前提下，由邊坡開挖所引起的各種增量，如位移、應力等，均應當滿足平衡與幾何方程。開挖邊坡后，巖石從坡體中被挖出，此時會引起應力釋放，這部分應力會對挖出巖石周圍的巖體產生作用，所以需要引起加載準則，據此判斷加載模型。在邊坡小變形的情況下，增量中的應力要滿足平衡方程，而巖體受到來自于外部的荷載作用后，當載荷不斷增大，其狀態會發生改變，即從彈性變為塑性，此時巖體內的某一點產生塑性應變，該應變需要滿足屈服條件，可用如下方程表示：

竟然僅僅只有簡短的幾句話：“對不起，你走你的陽光大道，我走我的獨木橋。”像黑夜中劃過的一道閃電。“嘩”的一下，我的眼前一片慘白。

利用現有的方程，通過對相關數值的離散與整理后，便可得到以邊坡位移作為未知量的方程，即：

自貿港的代際變遷不是前后替代關系，而是功能提升和拓展的關系。比如始于轉口貿易的香港，如今作為全球自貿港的標桿，轉口貿易仍然是其重要功能，例如2017年香港轉口貿易額占貿易總額的46.5%，港區產品出口額占比不到1%。一般來說，港口的發展依賴于自由貿易，自貿港的存在必然是以促進自由貿易為使命，有的自貿港因完成了歷史使命而歸于終結。然而，只要國際關稅和非關稅壁壘依然存在，自貿港就一直有存在的價值，其功能形態也會不斷演變。

對上述方程求解，可得到邊坡的位移分量。在露天礦開采過程中管理邊坡的主要目的是保證開采的安全性，由于采礦時間對邊坡穩定性具有直接影響，所以邊坡越穩定，開采效率就越高，礦石的開采量越多。反之，合理的采礦時間，能夠提高邊坡的穩定性，避免滑坡等災害的產生。邊坡的失穩是一個漸進的過程，導致失穩的內因是坡體內部出現塑性破壞區域，從破壞的部位釋放出的能量，導致局部應力改變；當邊坡的水文地質條件及邊界環境發生變化后，坡體在特定范圍內的力學性質大幅度下降，彈性破壞轉變為塑性破壞，由此產生的應力釋放出一定的能量，引起塑性破壞區域擴大，這是造成邊坡漸進破壞最為主要的原因；隨著外部載荷的不斷變化，加之水流沖蝕使得坡體形態發生改變。可見，坡體的力學性質與邊坡漸進性破壞存在著極為密切的關聯。

2.2 邊坡參數

1.黨的領導機構。黨的領導機構擔負著政治責任和領導責任，應切實承擔對本地區和部門嚴肅黨內政治生活的責任。要落實黨委的主體責任和紀委的監督責任，推動形成一級帶著一級干的良好局面。黨委（黨組）要真管真嚴，常管常嚴，加強日常管理，及時發現和糾正存在的問題。紀委要敢于直面問題，嚴格執紀問責，加強檢查考核，開展政治巡視，運用監督執紀“四種形態”，發現不良苗頭及時提醒，看到錯誤現象及時糾正。

圖1中的Fs表示邊坡穩定系數；α表示邊坡角；C表示滑動面的粘聚力；γ表示滑坡體重度；H表示滑坡體的高度。從圖1中能夠清楚的看到，當滑坡體H的高度增加后，臨界傾角隨之增大。基于此，可推導出正確的β

公式，即：

上式中的g為顯示表示函數。通過平面滑動臨界傾角計算程序，能夠在較短的時間內，求出臨界傾角β

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3 露天礦邊坡治理與采礦一體化方法

3.1 作業流程

3.2.1 監測

3.2 邊坡治理

在露天礦開采過程中，主要包括以下環節：采前準備、爆破、裝運、排渣等，上述環節存在密切的關聯，必須嚴格按照先后順序實施，這樣才能確保露天礦開采順利完成。而邊坡治理包括以下措施：參數設計、位移監測、治理方法等。露天礦開采與邊坡穩定所具備的復雜性特點決定了影響邊坡穩定與采礦的因素較多，大體上可將之歸納為以下兩類：一類是人為因素，另一類是客觀因素。邊坡治理與采礦一體化的作業流程如圖2所示。

為了解并掌握邊坡滑坡體的變形與滑動狀況，采用現場監測的方法，將位移監測點布設在滑坡體上，總監測時間為5個月零10天。通過位移監測得到的滑動面位置與形狀如圖3所示。

監測數據結果顯示，在一段時間內，同個臺階上的測點，那側變形速率比北側大；低標高測點的位移速率大于高標高的測點。在位移監測的5個月零10天中，氣候逐漸轉暖，滑坡體變形速率達到最大數值時，恰好是整個觀測周期中氣溫最高的時間段，這說明溫度對滑坡體位移速率具有一定的影響，隨著溫度升高，滑動速率會隨之增大。本次監測共計布設測點15個，用C1-C15表示，最先遭到破壞的測點是C7和C13，尚存的測點為C2、C3和C4，三者的水平位移均超過20m，垂直位移達到6.7m以上。各測點破壞前的位移量如表1所示。

(1)實現車體結構的輕量化。表1為CFRP與金屬材料的力學性能對比。由表1可以看出，CFRP具有密度小、比強度高、比模量高的力學特性，利用其輕質、高強度的特點可大幅度降低結構自重，從而提高車輛運載能力，以及降低能源消耗。

3.2.2 預報

預報是滑坡治理的常用措施之一，針對的對象是坡體的位移變化或速率變化。邊坡處于穩定狀態時，位移近似等于零，而當邊坡出現滑動現象后，其位移以及位移相關聯的速率會激增，基于這一前提條件，可準確預測滑坡。目前，可用于獲取邊坡位置的方法相對較多，比如GPS、全站儀、監測系統等。大量的實踐表明，全站儀邊坡位移監測方面的效果較好，可通過全站儀對位移信息實時獲取，利用相應的模塊，將采集到的信息發送給中繼站，最后傳給監測中心，由計算機完成數據處理，將結果與預先設定好報警值做比對，超過則發出警報。全站儀監測滑坡位移不會受到天氣的影響，能獲得實時數據，可以自動發送短信通知。

3.2.3 邊坡穩定性的提升措施

預警信號從預警平臺發出或人工監測站監測到險情后，信息的最終到戶到人及組織人員撤離等關鍵性工作都需要完善的防汛組織、責任體系來實現，基層防汛體系中完善的網格化責任體系、預案體系、人員撤離和搶險救災體系建設及宣傳、培訓和演練也是山洪災害防治非工程措施建設的重點內容。因此，應繼續強化浙江省尤其是有山洪災害防治任務的縣（市、區）基層防汛體系的建設。

由于受到斷層和地下水雙重的影響，使得邊坡巖體呈現為破碎的狀態，穩定性較差。若是任由滑坡持續發展，可能會對露天礦的采礦安全性造成影響。所以，要從采取有效的方法和措施，提升邊坡的結構穩定性，具體包括地下水治理、減小邊坡角、選取適宜的采礦措施等。之所以不采用抗滑樁、錨索等加固措施，主要是因為邊坡的巖體呈現為松散的狀態，以錨索加固，坡面很難為錨索提供足夠的錨固力，而想要達到錨固力的要求，就需要加大錨固段長度，這樣一來會導致成本增大，而抗滑樁需要打設在堅硬的巖層上，邊坡無法提供具有足夠錨固力的巖層。邊坡的地下水位相對較高，水體在滲流時，會帶走部分砂土，導致邊坡表土層的角度增大，容易出現垮塌的現象。通過治理地下水，可以使上述問題得到解決，邊坡的穩定性隨之提高。需要重點治理的水包括第四系淺水和基巖中的承壓水，前者采用疏排和堵截的方法治理，如設置豎直的疏干井降低潛水水位，或是設置止水帷幕，阻隔地下水流入露天礦的開采現場；后者可以在基巖上開孔排水。減小邊坡的角度，將臺階的高度控制在10m以內，確保坡腳不超過20°。通過放緩坡的方法，能夠提高邊坡的穩定性，但局部坡角過大，容易引起滑動。因此，可將總體坡角減小1°。

4 結論

綜上所述，露天礦采礦過程中，要全面分析影響邊坡穩定性的因素，選擇具有針對性的措施，對邊坡問題加以治理，并將治理措施與采礦方法相結合，形成一體化作業模式，在提高采礦作業效率的基礎上，保證邊坡結構穩定。

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