露天礦山高邊坡穩定施工技術與安全控制有效措施研究

趙生河

(山西巨能爆破工程有限公司，山西 太原 030000)

礦產資源開采的一個重要方式是露天礦開采，通過現有資料調查可以確定，我國絕大部分建筑材料開采，都是從露天采礦而來。在露天采礦不斷發展中，高邊坡穩定性問題，成為礦山資源開采中的一項重點內容。露天礦高邊坡有臨時性邊坡或者永久性邊坡，該類邊坡通常為巖質邊坡，邊坡陡峭、開挖時間長，是復雜結構群體。隨著露天開采高度的不斷提升，礦體邊坡發生滑坡、傾倒的幾率也隨之增加。一旦發生安全事故，不僅影響開采工作的順利實施、影響效益的創造，甚至會對生產人員生命財產安全產生威脅。因此，露天礦山開采中，相關負責人、工作人員給予高邊坡穩定施工技術應用、安全控制工作更多關注，創造安全工作環境。

1 高邊坡穩定性分析

在水電工程、鐵路工程、公路工程以及礦山工程中，高邊坡穩定性控制問題，直接影響生產安全、生產質量。在露天煤礦開采中，高邊坡穩定性控制具備復雜性，控制工作存在困難[1]。煤礦開采、生產時，需要開展挖掘、爆破等工作，此類工作直接影響高邊坡穩定性。在煤礦開采中，人員投入具有集中性特點，高邊坡安全控制工作，確保高邊坡穩定性，是確保人員安全、礦場財產安全的前提保障。露天煤礦開采中，高邊坡穩定性控制需要工作人員圍繞巖土體介質力學性質展開，采取合理的開采技術施工方案。注意采掘爆破工藝技術優化，減少爆破對永久性邊坡的振動、破壞等影響，創造安全開采環境。

在近些年社會發展中，先進計算機技術、工程技術得以進步，在高邊坡穩定性控制中，有著很多先進經驗。通常情況下，在預測高邊坡整體穩定性時，可以借助遺傳程序設計理論，創建數據模型。對于巖體巖石滾落路徑、能量分布、休止點等，要進行有效的模擬分析、穩定性計算，與此同時，完成防護墻受到的應力、應變情況，進行動態數值模擬與分析，這樣可以準確評估高邊坡穩定性情況。結合具體情況，制定穩定性控制措施，提升高邊坡穩定性。

2 露天礦山開采時高邊坡破壞機理

露天礦山開采時高邊坡破壞機理主要體現在以下幾點。

1)階梯狀蠕滑—拉裂機理。通常情況下，在平行邊陡坡、緩兩組結構面控制的高邊坡中，容易出現階梯狀蠕滑—拉裂問題。平面滑移變形為主要變形方式，往往發生在堅硬狀巖體高邊坡，或者厚層巖體組成的高邊坡中，變形問題主要是由上至下傳遞。在階梯狀蠕滑面平均傾角，與結構面殘余摩擦角較為接近情況下，容易發生變形情況。

2)傾倒變形。傾倒變形問題容易發生在走向與坡面近乎平行的陡傾層狀巖體中，傾倒變形又被人們稱之為彎曲-拉裂，或者彎曲-傾倒變形。其巖體為下伏軟弱基座的高陡邊坡，邊坡底部位置會受到上覆巖體壓縮作用影響，出現不均勻壓縮變形問題，導致坡體受傾覆力矩朝外傾倒。

3)高應力—強卸荷深部破裂機理。在河流邊岸、基坑挖掘面，很容易出現高邊坡，具備深部荷載，同時還會伴隨深部張裂問題的出現，也就是高應力—強卸荷深部破裂機理[2]。出現這一問題的主要原因是，高地應力、邊坡深部，存在著一定的外部條件，有利于應力釋放結構面、底部快速下切導致的邊坡內在應力快速釋放。

3 露天礦山高邊坡穩定施工技術

在露天礦山高邊坡穩定施工技術中，涉及到很多不同技術，光面與預裂控制爆破技術是其中的重要組成部分，在保證高邊坡穩定性中發揮著重要作用。預裂控制爆破技術主要是指，工作人員按照設計輪廓線鉆鑿單排窄孔距、密集平行預裂炮孔，通過不耦合裝藥、減少裝藥量方式等，在待爆區域主炮孔爆破之前，提前起爆預裂孔，這樣提前設計的輪廓線，能夠形成平整預裂線，形成預裂縫后起爆主炮孔。預裂控制爆破技術經過多年的實踐，已經成為控制開挖輪廓線采取的主要爆破技術之一。該項施工技術在應用中，可以減少爆炸應力波對圍巖的影響，預留邊坡上的浮石、危石、坡面裂縫等危害問題的發生幾率大大降低，為后期安全生產奠定基礎，從而獲取更加平整、光滑的巖石壁面，減少超挖、欠挖問題，在裝運、回填、支護等不同環節工作中，節約更多成本，保證邊坡穩定性[3]。因此，預裂控制爆破技術被廣泛應用在露天礦高邊坡施工、水工建筑施工等不同環節中。施工技術的具體應用如下。

1)工程概況。在某露天礦山開采項目中，礦山采用三級道路開拓運輸方式。主運礦道路里程是0K+000.00m—3K+219.50m，沿線山坡都需要進行爆破施工。該工程項目中爆破施工難點主要集中在3K+113.30m—3K+219.50m位置，該路段的爆破高度為20m—30m。為給后續施工創造良好條件，施工人員要盡快完成3K+113.30m—3K+219.50m路段的爆破施工。風化白色大理巖、灰色結晶灰巖，為該路段山體的重要組成部分，巖層節理、裂隙處于不斷發育中，破碎問題較為嚴重。原山體植被發育、坡度在45°～60°之間，邊坡坡度設計為1∶0.2。在爆破區域路基北側大約25m位置，已經有一段路基已經竣工。3K+067.94m位置路基左側，是運礦道路施工用空壓機站，以及設備管理人員的值班場所，施工過程中禁止對此類區域造成破壞。

2)選取爆破方案。該工程項目施工中，爆破方案可以選用硐室松動控制爆破方式、淺眼爆破方式、深孔松動控制爆破方式等。該路段的路塹開挖高度通常在20m～30m之間，山高陡峭，硐室爆破方式無法實現對開挖邊坡的有效控制，而且無法在半山坡上采取人工作業方式，因此，硐室爆破方式不合理[4]。淺眼爆破方式飛石控制難度較大，可以減少超挖、欠挖問題，但施工持續時間較長，起爆次數較多，不具備經濟性。在該段山體上表面覆蓋土大約為1.0m，機械設備無法在山坡上進行表層土清理，人工清理方式浪費時間、精力。除此之外，該路段的路塹開挖施工要盡快完成，防止對后續施工產生影響。工作人員通過分析施工現場實際情況、工程項目進度，決定采用高邊坡預裂控制爆破技術方式，將一排預裂孔設置在路塹開挖輪廓線上，目的是將邊坡坡度控制在合理范圍內，防止超挖、欠挖問題。

3)選取施工機具。在確定采取高邊坡預裂控制爆破技術施工方式后，工作人員結合現有情況，選擇YQ-100型潛孔鉆機，鉆機的鉆孔直徑為100mm[5]。機械無法到鉆機平臺中清理，所以，要配備手持式小風鉆人工配合完成施工，工作人員要將潛鉆孔機架抬到山上。

4)爆破設計。在爆破設計中，要做好以下幾點工作：確定臺階高度，臺階高度的確定，要圍繞鉆機型號、設計要求的路基高程展開，該工程項目中最上層臺階高度是11m—17m，下一層臺階高度為10m。3K+113.30m—3K+219.50m路段，被分為兩個臺階，施工時要開始最上層臺階的爆破施工；選取爆破參數，在高邊坡預裂控制爆破技術應用中，將預裂孔設置在預留邊坡位置，主炮孔位置起爆，預留邊坡處需形成預裂縫，預裂縫大小在5～10cm之間，邊坡要實現平滑性、穩定性。爆破時，采取高邊坡預裂控制爆破方式，預裂孔遵循一字型布置原則，同時，主炮孔為梅花形布置方式，主要目的是實現高邊坡一次成型；預裂孔的炮孔傾角是1∶0.2，采取不耦合裝藥方式[6]。要注意鉆孔超深，主要目的是克服底板產生的阻力，確保爆破后不形成根坎。臺階高度高、坡面角小、底板抵抗線大，巖石也就愈發堅硬，超鉆深度也要越大。對于超鉆深度并沒有明確規定，但要確保各個臺階爆破孔底落在相同高程上，從而保證爆破底部巖面平整，為下一層爆破提供便利。

4 露天礦山高邊坡穩定施工安全控制措施

4.1 加強安全監測

在高邊坡穩定施工安全控制過程中，安排專門工作人員做好安全監測工作，圍繞煤場周圍環境情況、地質條件情況、邊坡坡度、滑落次數等，創建數據模型，并開展高邊坡穩定性、安全性監測工作。實際監測中，為達到良好監測效果，合理應用電子經緯儀、全站式速測儀等先進設備。借助軟件系統，實現對不同數據信息的快速處理，為險情預報提供保障。在高邊坡穩定性、安全性監測中，一旦發現問題及時聯系負責人，實現問題的有效處理，創造安全工作環境，保證施工安全、施工質量。在安全監測中，工作人員發揮著不可替代的重要作用，如果安全監測工作人員能夠對安全監測的重要性有著全面把握，那么安全監測工作的順利實施得以保障，達到良好監測效果[7]。因此，要定期做好監測人員的教育培訓，幫助監測人員掌握高邊坡穩定施工重點、注意事項、施工流程等，這樣才能在監測中及時發現不足，并作出調整與完善。對于在安全監測中表現較好的監測人員，相關部門要給予獎勵，調動監測人員的工作積極性，在未來工作中端正工作態度，認真、嚴謹對待安全監測工作，確保高邊坡的安全性、穩定性。

4.2 確定安全控制重點

在高邊坡施工安全控制中，工作人員要確定安全控制重點內容，并將安全控制落到實處，避免安全事故。在確定安全控制重點，實施安全管理時，要注意以下幾點：1)強化工作面坡腳控制。在設置安全坡腳、邊坡坡度時，要根據邊坡巖體地質層具體情況展開，并將安全監測獲得的數據信息作為參考依據，確保設置合理性。如果坡度出現超出安全坡度情況，工作人員要及時加固；2)設置抗滑樁或者錨桿加固。如果高邊坡穩定性無法保證自然穩定，工作人員要落實坡面的滑面分析工作，確定內摩擦角值，并準確計算抗滑樁支撐推力，從而明確抗滑樁根數[8]。在出矸石線施工中適合設置抗滑樁，巖石層邊坡要及時開展錨桿加固。采用水平錨桿加固方式，增加巖層迭層厚度，強化復合抗變剛度，盡量避免邊坡傾倒造成位移；3)采區安全管理。在控制采區工作面時，要防止出現超挖情況，優化、調整采區位置，將采挖控制在合理范圍內，這對于露天煤礦高邊坡穩定性、減少高邊坡變形、保證安全生產，具有重要意義。

4.3 加強綜合管理

露天煤礦開采過程中，高邊坡綜合管理是安全管控中的一項重點工作，在其中涉及到很多不同內容，比如，工作人員要將安全警示標志，設置在高臺階區域內，科學設置安全擋墻、警戒帶、警示牌等；無關人員禁止在高臺階區域內逗留；高臺階區域施工中，安排專門工作人員監管，及時發現并解決施工中出現的問題；及時監測高臺階邊坡穩定性情況，一旦發現異常情況，及時上報相關部門，并撤離工作人員、機械設備，設置安全警示標識，保證施工安全；在白天進行高臺階區域施工，避免在夜晚或者能見度較低環境下施工；高臺階區域作業開始之前，工作人員要檢查高臺階坡頂是否存在裂紋，坡面是否存在浮石、片幫等問題，如果出現異常情況禁止施工[9]。

綜合管理中，工作人員要給予生產環節管理足夠重視。生產時的操作管理，直接影響高邊坡穩定性，特別在爆破施工中，會對高邊坡產生振動影響，容易引發變形問題[10]。基于此，爆破作業開始之前，工作人員要做好安全防護，確保工作人員、機械設備在撤出高臺階危險區域后進行起爆；爆破施工中，距離高臺階坡頂線10m位置，以及坡底線30m內，禁止工作人員停留，以及擺放機械設備。安排專門工作人員分析爆破施工地震波，對高臺階坡面穩定性的影響，制定針對性調整措施，將地震波影響降到最低；借助鉆機打預裂孔時，要注意鉆孔傾角，按照設計邊坡角度開展作業；推土機、前裝機要在高臺階下完成底板清理工作，距離破底線10m內，禁止采取平行破底線作業方式；高臺階區域內，禁止停放運輸卡車、生產指揮車、工程設備等；在端幫路行駛的生產指揮車、中巴車等，要與高臺階坡底線保持合理距離，通常要距離2～3m。

5 結語

綜上所述，保證高邊坡施工穩定、安全，是露天礦山開采中的一項重點工作，通過合理應用高邊坡穩定施工技術，強化安全控制，為工作人員創造安全工作環境，避免安全事故，創造更多效益。要特別做好綜合管理工作、安全監測工作，確定安全管控重點，將安全管理融入到不同環節工作中。此外，開采工作開始前，安排專門工作人員做好調查工作，了解采區現場環境情況、地質情況，制定合理施工方案，推動施工的順利實施，減少質量問題與安全事故。