露天礦山邊坡破壞形式及原因研究

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王光兵 連兵 劉輝 保利民爆哈密有限公司

露天礦山邊坡工程時礦山開采工作中的一項重要環(huán)節(jié)。在進(jìn)行露天開采的過程中，無論是哪種開采形式，都會對山體結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞。開采作業(yè)時，由于施工打破了邊坡山體內(nèi)部原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致次生應(yīng)力場的出現(xiàn)，此時邊坡巖體會發(fā)生變形，使巖體失去穩(wěn)定性，極容易出現(xiàn)脫落、坍塌、滑動等危險事故、邊坡失去穩(wěn)定還會誘發(fā)泥石流等自然災(zāi)害，對礦區(qū)及其周邊民眾造成生命財產(chǎn)損害。因此，提高礦山施工的邊坡穩(wěn)定性是露天礦山開采時需要重點關(guān)注的內(nèi)容。

一、露天礦山邊坡特點

一是由于露天礦山的采礦規(guī)模較大，礦山邊坡高度要比其他巖土工程邊坡高度要高。此類邊坡高度一般在200到300米，極少數(shù)露天礦山的邊坡可達(dá)500米以上。邊坡走向較為多變，可延伸數(shù)公里，正因此，邊坡揭露底層較多，且沿線地質(zhì)情況變化較大。

二是露天礦山邊坡因為不易維護(hù)，施工單位一般不專門采取維護(hù)措施來對邊坡進(jìn)行維修加固、保養(yǎng)等，這也使得邊坡易受到風(fēng)化作用的影響，而導(dǎo)致地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

三是露天礦山在施工作業(yè)時會用到炸藥等進(jìn)行爆破，同時還會有眾多大型運(yùn)輸車輛、作業(yè)機(jī)械等往返于邊坡和地面，因此，邊坡會受到重載荷的作用而導(dǎo)致其內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)微變化，日積月累便會導(dǎo)致邊坡構(gòu)造變形，會對施工造成影響，對周圍居民和施工工人安全構(gòu)成威脅。

四是露天煤礦邊坡最終按照“由上而下”的形成順序，上部分服務(wù)周期長，下部分服務(wù)周期較短。

五是由于露天礦山處于山區(qū)之中，山區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形多變，露天礦山邊坡在不同的地段有著不同的穩(wěn)定性，邊坡上半部分有重要建筑物時，需要將建筑物建設(shè)到強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性好的邊坡地段上；當(dāng)經(jīng)常有運(yùn)輸車輛經(jīng)過、或頻繁進(jìn)行開采作業(yè)時，也要求邊坡穩(wěn)定性較高，而對于那些對生產(chǎn)影響程度不大的邊坡地段，施工對于穩(wěn)定性的要求不高。

二、露天礦山邊坡常見破壞類型

露天礦山邊坡常見的破壞原因主要是由于巖體在露天礦山開采施工的過程中受到開采施工發(fā)生的振動等影響而造成巖體結(jié)構(gòu)性損傷，從而使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，久而久之，巖體結(jié)構(gòu)面變會有脫離的風(fēng)險。常見的巖體被破壞的形式有以下幾種：

（一）平面破壞。平面破壞是指礦山邊坡沿著主要的結(jié)構(gòu)面（層面、斷層面、節(jié)理、層間面）由于位錯產(chǎn)生相對滑動。邊坡中如果出現(xiàn)了與邊坡傾向相近的結(jié)構(gòu)面，且次結(jié)構(gòu)面傾角大于摩擦角或小于邊坡角，則可能會發(fā)生平面破壞這一現(xiàn)象。

（二）楔體破壞。楔體破壞一般發(fā)生于楔形體中。楔形體由邊坡中的兩組結(jié)構(gòu)面與邊坡斜交，且這兩組結(jié)構(gòu)面相交而共同形成的。梁結(jié)構(gòu)面的組合交線傾向約等于邊坡傾角，且需要大于其摩擦角時，容易發(fā)生此類破壞現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：堅硬巖體中，露天礦的臺階的破壞。

（三）圓弧形破壞。圓弧形破壞的原因為圓弧形滑動面之間的滑移。是土體滑坡的主要原因之一。另外，散體結(jié)構(gòu)巖體或坡較高的碎裂巖體的邊坡容易發(fā)生此種破壞。

（四）傾倒破壞。傾倒破壞發(fā)生的主要原因在于：當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)面或?qū)用媾c地面的角度較大時，巖體會因自身重量的影響而極易發(fā)生傾塌，此時巖塊會脫落，巖層彎曲變形，坡體會遭到嚴(yán)重破壞。

三、露天礦山邊坡破壞成因及相關(guān)建議

（一）露天礦山邊坡破壞成因。工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件是造成露天礦山邊坡破壞的主要原因。其中，工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件是導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)破壞的內(nèi)在條件，在施工前的勘測中應(yīng)當(dāng)被及時發(fā)現(xiàn)；技術(shù)條件可以在后天進(jìn)行控制，施工團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)根據(jù)不同情況及時選擇合適的開采技術(shù)。

（二）相關(guān)建議。首先，在進(jìn)行露天礦山的邊坡設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)合理選擇邊坡參數(shù)。設(shè)計單位要對露天礦山的周圍環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦種、圍巖性質(zhì)進(jìn)行充分的考察，對影響邊坡參數(shù)設(shè)定的因素都應(yīng)當(dāng)盡數(shù)掌握，同時，為了對邊坡參數(shù)進(jìn)行正確的調(diào)整，應(yīng)當(dāng)在確定參數(shù)前充分考慮邊坡的幾何形態(tài)，結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造等特征。其次，在施工前應(yīng)當(dāng)建立邊坡破壞模型，構(gòu)建時通常采用極限平衡法來分析邊坡的穩(wěn)定性，通過進(jìn)行多組試驗并對實驗結(jié)果進(jìn)行對照分析，從而確定在施工狀態(tài)下，邊坡可承受破壞力的臨界值，從而合理選取爆破、開采技術(shù)，并對邊坡局部區(qū)域進(jìn)行加固處理。在施工時，爆破作業(yè)作為最具有危險性的作業(yè)，不但對人身安全有著較大的威脅，同時還會對山體造成一定的影響，如果爆破作業(yè)處理不當(dāng)，則會引發(fā)山體滑坡、坍塌事故。因此，合理選擇爆破位置和方法，盡量減少對山體的破壞尤為重要。另外，做好疏水排水工作也是預(yù)防邊坡?lián)p壞的有效方法。在施工過程中難免會遇到惡劣天氣，同時由于山體內(nèi)滲水的問題，在施工時一般要專門針對地表水和地下水進(jìn)行處理。地表述一般采用排水溝疏排、截水溝等方法；對于地下水一般采用鉆孔疏水的方法。

除上述幾點以外，施工團(tuán)隊還需要做好監(jiān)督和預(yù)防工作，對邊坡巖體變化的情況進(jìn)行及時監(jiān)測和分析處理，以減少事故的發(fā)生，降低人員及財產(chǎn)損失。

結(jié)語：總的來說，為了在露天礦山的施工當(dāng)中能夠及時預(yù)防邊坡結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的危險事故發(fā)生，需要有關(guān)機(jī)構(gòu)對露天礦山邊坡的破壞情況進(jìn)行綜合性研究，以保證礦山邊坡穩(wěn)定及安全生產(chǎn)。