露天礦山邊坡穩(wěn)定淺析

李曉峰,陳亞杰,孫景敏,馮煜彪

(河南省巖石礦物測試中心, 河南鄭州 450012)

露天礦山邊坡穩(wěn)定淺析

李曉峰,陳亞杰,孫景敏,馮煜彪

(河南省巖石礦物測試中心, 河南鄭州 450012)

在概述邊坡失穩(wěn)破壞類型與邊坡穩(wěn)定性影響因素的基礎(chǔ)上,以某露天礦山為例,進(jìn)行了初步的邊坡穩(wěn)定性分析,并提出了預(yù)防邊坡失穩(wěn)的幾點(diǎn)對策措施。

露天礦山;邊坡失穩(wěn);穩(wěn)定性分析

露天礦山開采過程中,容易出現(xiàn)的事故類型為露天采場邊坡坍塌、滑坡,造成人員傷亡和設(shè)備損壞。因此,露天礦山邊坡的穩(wěn)定對礦山安全起著至關(guān)重要的作用,開采過程中應(yīng)特別重視,并制定預(yù)防邊坡失穩(wěn)的安全措施。

1 邊坡失穩(wěn)破壞類型

(1)圓弧形破壞:圓弧形破壞常發(fā)生在土體邊坡和具有散體結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)巖體邊坡中,邊坡失穩(wěn)時(shí)滑動(dòng)體是沿著向上凹的弧形破裂而滑動(dòng)。

(2)平面破壞:平面滑坡是發(fā)生最多的一種破壞類型。在結(jié)構(gòu)上受結(jié)構(gòu)面,如斷層、節(jié)理、層理面和層狀沉積層間抗剪強(qiáng)度變化的控制,或受堅(jiān)硬巖層和層間充填物接觸的控制。尤其是結(jié)構(gòu)面與邊坡傾向相近,結(jié)構(gòu)面的傾角小于邊坡角而大于巖體內(nèi)摩擦角時(shí),易發(fā)生平面破壞。

(3)楔體破壞:楔體破壞多發(fā)生在邊坡中具有兩組結(jié)構(gòu)面斜交且在邊坡上出露相交成楔形體時(shí)。當(dāng)兩組結(jié)構(gòu)面的組合交線的傾向與邊坡傾向相近,傾角小于坡面角且大于其摩擦角時(shí),容易發(fā)生沿組合交線方向滑動(dòng)的這種破壞。

(4)傾倒破壞:傾倒破壞多發(fā)生在層狀結(jié)構(gòu)邊坡中,巖層成一組平行的結(jié)構(gòu)面,它們的傾向與邊坡相反且傾角較陡,巖柱或巖塊繞某一固定基面轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生的破壞。

2 邊坡穩(wěn)定性影響因素

巖體的穩(wěn)固性受多種因素的影響,主要與巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造、形態(tài)特征和外力作用有關(guān)。巖體結(jié)構(gòu)決定于巖體性質(zhì),巖石致密堅(jiān)硬穩(wěn)固性就好,巖質(zhì)疏松軟弱穩(wěn)固性則差;巖體構(gòu)造即為巖體的軟弱面,對巖體的穩(wěn)固性影響很大;巖體表面坡度小于一定值(自然安息角)時(shí),巖體是穩(wěn)固的,超過一定值穩(wěn)固性就會(huì)降低,超出自然安息角越大,穩(wěn)固性就越差;影響巖體穩(wěn)固性的外部因素主要是風(fēng)化腐蝕、水力浸潤、震動(dòng)和人工開挖,外力往往造成巖體破壞,使巖體的穩(wěn)固性降低。

任何巖體工程的開挖,都將改變其原有的平衡條件和應(yīng)力分布,導(dǎo)致巖體的移動(dòng)和變形,對邊坡巖體產(chǎn)生破壞作用,影響其穩(wěn)定性。高階段不分層開采,采場邊坡上無平臺(tái),采場的邊坡既是生產(chǎn)邊坡,也是臺(tái)階坡面,其坡角往往是較陡的臺(tái)階坡面角,有的超過 80°,甚至形成傘檐。這些采場的邊坡隨著開采不斷變化,并經(jīng)常承受外力作用的影響,其穩(wěn)定性大大降低,容易發(fā)生坍塌、滑坡等邊坡危害事故。

巖體滑坡時(shí),基本上是沿巖體的軟弱面(層理、節(jié)理、斷層、裂隙等)滑動(dòng)的,因此巖體的穩(wěn)固性不僅與開挖位置有關(guān),還與開挖坡角方向有關(guān)。當(dāng)高度一定,開挖坡面與巖體軟弱面方向(滑動(dòng)方向)相反時(shí),滑動(dòng)受阻,軟弱面對巖體的穩(wěn)固性起不到影響作用;當(dāng)坡面與軟弱面垂直時(shí),滑動(dòng)同樣受阻,不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng),對巖體的穩(wěn)固性影響很小,只可能發(fā)生巖塊傾倒(傾倒破壞);當(dāng)坡面與軟弱面方向相近時(shí),具備巖體滑動(dòng)、傾倒的條件,容易產(chǎn)生平面滑動(dòng)或傾倒,對巖體的穩(wěn)固性影響很大。

3 案例分析

3.1 礦山概況

某露天礦山含礦層為寒武系中統(tǒng)張夏組石灰?guī)r,為沉積層狀礦體,礦層整體性好,分布連續(xù),礦層內(nèi)無軟弱夾層。礦石飽和抗壓強(qiáng)度平均為 117.6 MPa,屬堅(jiān)硬質(zhì)巖石。礦層頂?shù)装褰詾橄嗤再|(zhì)的石灰?guī)r或白云巖,力學(xué)性質(zhì)相近,穩(wěn)固性較好;開采礦體范圍內(nèi)無構(gòu)造破壞,節(jié)理、裂隙不發(fā)育;礦區(qū)附近無地表水體,礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面和地下水位之上,水文地質(zhì)條件簡單;采用自上而下的順序分臺(tái)階開采,采場構(gòu)成要素:臺(tái)階高度為 10m,臺(tái)階終了坡面角黃土為 45°、基巖為 60°,安全平臺(tái)寬度為 4m,清掃平臺(tái)寬度為 6m,最小工作平臺(tái)寬度為 26m,最終邊坡角小于 50°。臨近邊坡爆破作業(yè)時(shí),礦山采取控制爆破措施。

3.2 邊坡穩(wěn)定分析

(1)巖性分析:該礦山礦層頂?shù)装褰詾橄嗤再|(zhì)的石灰?guī)r或白云巖,巖性堅(jiān)硬,穩(wěn)固性較好,有利于邊坡穩(wěn)定。

(2)巖體結(jié)構(gòu)面:開采礦體范圍內(nèi)無構(gòu)造破壞、節(jié)理、裂隙不發(fā)育,無軟弱面存在,不會(huì)發(fā)生滑坡,有利于邊坡穩(wěn)定。

(3)地下水:礦區(qū)附近無地表水體,礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面和地下水位之上,地下水對其無影響,有利于邊坡穩(wěn)定。

(4)開采技術(shù)條件:采用自上而下的順序分臺(tái)階開采,最終邊坡角小于 50°,設(shè)置安全平臺(tái)、清掃平臺(tái),有利于邊坡穩(wěn)定。

(5)爆破作業(yè):臨近邊坡爆破作業(yè)時(shí),礦山采用控制爆破技術(shù)降低或消除爆破對邊坡穩(wěn)定的影響,有利于邊坡穩(wěn)定。

通過以上分析得出,該露天礦山邊坡穩(wěn)定。

3.3 預(yù)防邊坡失穩(wěn)的對策措施

(1)嚴(yán)格按照自上而下的順序分臺(tái)階開采,并保持臺(tái)階的安全坡面角,不超挖坡底。

(2)應(yīng)采取措施防止地表水(包括在采場外圍山坡設(shè)置截水溝,采場設(shè)置排水溝等)滲入邊幫巖體的弱層裂隙或直接沖刷邊坡。

(3)臨近最終邊坡作業(yè)應(yīng)采用控制爆破減震技術(shù),減少爆破對邊幫的震動(dòng)及破壞,保持巖體原有的整體性和穩(wěn)固性。

(4)邊坡若遇到斷層、裂隙、軟弱部位或與巖層平行時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低邊坡角。

(5)建立制定切實(shí)可行的邊坡管理、監(jiān)測制度,配備邊坡管理人員,定期分析邊坡穩(wěn)定狀態(tài),并制定邊坡事故應(yīng)急預(yù)案。

(6)對采場工作幫應(yīng)每季度檢查一次,高陡邊幫應(yīng)每月檢查一次,不穩(wěn)定區(qū)段在暴雨過后應(yīng)及時(shí)檢查,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即處理。

(7)暴雨或連續(xù)降雨天不生產(chǎn),其它不良?xì)夂蛱鞖馍偕a(chǎn)。

(8)必要時(shí)采用錨桿(索)、抗滑樁、擋墻加固邊坡。

[1] 李寶祥,祝玉學(xué),孫盛湘,等.采礦手冊(第三版)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

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[5] GB16423-2006.金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].

2010-04-13)

李曉峰(1982-),男,河南鄭州人,助理工程師,從事非煤礦山設(shè)計(jì)、安全評價(jià)工作,Email:lxf820513@163.com。