淺析大型露天礦山采場邊坡安全分析與應對措施

何升云

（四川東方浩遠礦山工程有限責任公司，四川 攀枝花 617000）

在礦山開挖中，邊坡穩(wěn)定性是保證露天礦采礦安全的基礎，常見的采礦問題包括了自然因素，地質(zhì)因素以及人物因素幾個方面，通過及時分析礦山邊坡的穩(wěn)定性，按照極限值分析法，能夠為提升礦山管理以及優(yōu)化露天開采的穩(wěn)定性奠定基礎。本次研究針對攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦白草礦區(qū)露天礦山開挖進行研究分析，現(xiàn)將結(jié)果闡述分析如下。

1 白草礦區(qū)礦山開采環(huán)境分析

白草釩鈦磁鐵礦區(qū)是紅格含釩鈦磁鐵礦層狀基性～超基性巖體的一部分，它位于紅格巖體的北東部，屬巖漿重力結(jié)晶分異型的層狀～似層狀礦體，整個礦巖較為穩(wěn)定，整個礦巖整體性高，巖石十分較堅固。

1.1 水文地質(zhì)條件的分析

礦區(qū)位于分水嶺地帶，地勢較高，總的地勢是南東部高與北西部低，一般地形海拔高度1700m ～ 2500m，地形切割較強烈，地表水及地下水的自然排泄條件良好。礦區(qū)地下水含水層主要系風化裂隙含水層和構(gòu)造裂隙含水層，兩含水層均主要接受大氣降水的補給，大氣降水屬于礦床的唯一補水環(huán)境，整個水文地質(zhì)條件屬于簡單—中等類型。

礦體完全受層狀基性～超基性巖體控制，屬巖漿重力結(jié)晶分異型的層狀～似層狀礦體，其成巖成礦是一個連續(xù)的、不可分割的整體。礦體與含礦層和整個巖體的產(chǎn)狀均向西傾斜，其產(chǎn)狀基本一致，礦體的空間分布與巖體的分異現(xiàn)象密切相關，呈層狀、似層狀、透鏡狀，整個抗壓抗剪的強度較大，且?guī)r性的組合較簡單，地質(zhì)結(jié)構(gòu)也簡單可行，部分礦床存在弱夾層，斷層穿過后，礦床邊坡的穩(wěn)定性有較大的影響。

1.2 采礦要素分析

白草礦區(qū)現(xiàn)有采場面積86810m 2 ，露天釩鈦磁鐵礦采礦場臺階高12m，清掃平臺寬8m，安全平臺寬6m，邊坡角西45°，南北50°，階段臺階坡面角60°～ 65°。

2 對于現(xiàn)有環(huán)境的邊坡穩(wěn)定性分析

攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦礦山幾乎均為露天采礦，因為采礦地區(qū)的不可選擇性以及礦體的賦存空間限制以及地域特點，影響邊坡穩(wěn)定性的因素較多，主要可以分為自然因素，地質(zhì)環(huán)境因素以及人為因素等幾個方面，現(xiàn)將其研究分析如下。

2.1 自然因素

降水量對邊坡的穩(wěn)定性有直接干擾，因為降水量高的地方干旱地區(qū)的滑坡數(shù)量多，十分容易發(fā)生地質(zhì)災害等影響，且白草礦區(qū)區(qū)地域半干旱型的亞熱帶氣候，年平均降水量878.1mm，全年降水量集中在夏季，且容易伴有暴雨。地質(zhì)災害也會直接干擾到邊坡的穩(wěn)定性，隨著地殼運動，巖體也會發(fā)生對應的破碎和滑坡問題，在地下水的下滲推動下，也會因為地震增加了下滑力，讓整個邊坡產(chǎn)生強烈的滑動，結(jié)合國家地震局編制的地震區(qū)域劃分，白草礦區(qū)采場位于VI-VII度區(qū)?；诮邓康那疤嵯拢傻V場的地形變化也會影響附近的水文布局，河流下切以及沖刷也會引起滑坡問題。

2.2 人為影響

人工開采的方式以及方法也會對礦產(chǎn)的開挖造成影響，礦山開挖中會形成邊坡，這也會改善整個自然坡體的應力狀態(tài)和地下水的流暢性，十分容易引發(fā)山體滑坡問題。且排土場的選址也會影響露天開采質(zhì)量，距離設置不當，會增加下滑力，也會影響地下水發(fā)育，容易造成老地面整體或者局部滑動問題，造成直接的滑坡現(xiàn)象。植被破壞，爆破振動也會干擾露天礦產(chǎn)的邊坡穩(wěn)定性，這些客觀的因素若沒有及時制止，也會引發(fā)更多難以預料的礦體開采安全問題。

2.3 地質(zhì)影響

針對礦產(chǎn)的特殊性質(zhì)而言，影響其巖土性質(zhì)以及穩(wěn)定性的因素包羅了巖土的堅硬程度，抗風化能力以及巖石抗剪強度，透水性等因素，結(jié)合巖層的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)造分析，邊坡體的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀態(tài)以及塊狀結(jié)構(gòu)，碎裂結(jié)構(gòu)也會對整個礦山的邊坡穩(wěn)定性造成影響。因為地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，會直接形成褶曲和斷裂、節(jié)理裂隙發(fā)育等結(jié)構(gòu)，也為巖體的自然滑動奠定了基礎，隨著地下水軟化以及潛在滑動地層影響，會直接降低整個地質(zhì)結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，最終影響整個邊坡的穩(wěn)定性，且有的邊坡滑動帶也會順著斷層以及錯動帶發(fā)育，造成讓人無法預料的影響。

3 對于邊坡管理的措施分析

結(jié)合采場邊坡計算分析，按照白草礦區(qū)采場的邊坡管理，應當從以下幾個方面做好邊坡管理。①采用合理的施工方法，可采用之上而下的分臺階開采方法，禁止采用一面墻式的開采或者是露天掏底開采。②預防水資源對周圍環(huán)境的侵蝕，如修筑截、排水溝等方式來減少對軟弱結(jié)構(gòu)面的直接沖擊，緩解局部破碎地段的影響，也可采用噴射混凝土護坡的方式，提升整個邊坡的質(zhì)量。③對于邊坡上覆蓋的松散巖石進行處理，若超過了2m要及時清理，或采用削坡45°的方式，更要禁止在整個露天采礦場的頂部邊坡臺階堆積廢石，廢土。④若臨近邊坡的爆破處理，采用預裂控制爆破技術(shù)，合理控制整個爆破對邊坡的影響，保證采場的穩(wěn)定性。⑤建立有效的安全管理制度，通過建立合理有效的邊坡長期定點觀測處理，對于潛在的變形以及滑動地段處理，并設置專門的觀測點進行定期觀測，做好對應的記錄管理。

4 數(shù)據(jù)檢測模擬分析

本次研究針對白草礦區(qū)采場從2016年8月開始設置了21個監(jiān)測點，因開采過程中造成6個點被破壞，現(xiàn)有效監(jiān)測點15個所監(jiān)測到的位移數(shù)據(jù)隨開挖過程的變化曲線中可以看出，模型在剛開挖后位移有一個劇烈變化的過程，此時段對應的模型最大不平衡力也達到峰值。隨后位移也逐漸趨于平緩，最終位移為兩步驟開挖后的累積位移，說明整體模型達到了穩(wěn)定平衡狀態(tài)。但模型累積位移不大，均在厘米級，最大監(jiān)測點累積位移為5.0cm左右，說明邊坡開挖后未產(chǎn)生大規(guī)?；破茐?。模型的最大主應力進行監(jiān)測，選取模型的最大主應力（Smax）作為分析指標，從兩步驟開挖方案模擬情況來看，模型整體的最大主應力（Smax）呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，從一步驟開挖后的0.096MPa增大至二步驟開挖后的0.528MPa。受開采擾動的影響邊坡開挖面附近形成了較大的集中應力，坡頂表現(xiàn)為拉應力，巖體承受了較大的拉力，坡腳表現(xiàn)為壓應力，容易在該區(qū)域形成拉裂破壞區(qū)，實際生產(chǎn)中應引起足夠的重視。選取模型的絕對位移（Disp）作為分析指標，從兩步驟開挖方案模擬情況來看，開挖引起的巖體位移最大值主要集中在開挖區(qū)域的邊坡坡頂和坡腳，邊坡巖體的變形在坡頂和坡腳處位移最大，從坡面向坡內(nèi)側(cè)位移逐漸減小，但總體模型的位移值均較小。說明邊坡開挖后未產(chǎn)生大規(guī)?；破茐?。

以上研究可知，結(jié)合數(shù)據(jù)模擬技術(shù)研究的結(jié)果，表示經(jīng)過邊坡開挖設計處理后，整個邊坡都能夠在穩(wěn)定狀態(tài)下運行，雖然因為客觀環(huán)境影響會導致邊坡發(fā)生一定變化。但是因受到開挖擾動的影響，開挖區(qū)的坡頂、坡腳均存在應力集中的現(xiàn)象，且監(jiān)測點發(fā)生的位移問題不明顯。根據(jù)模擬結(jié)果分析，邊坡實際情況可能比模擬結(jié)果更復雜。對此，對應的工作人員應當針對白草礦區(qū)的地理特征，優(yōu)化邊坡的監(jiān)督管理，并做好邊坡安全管理和保護，盡量減低爆破對邊坡的擾動影響，并及時處理采場上部的陡巖、危巖，加強采場境界外的截、排水工作，必要時可在局部巖體破碎地段采取相應的加固方法，如錨固、注漿等，確保邊坡穩(wěn)定。

5 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合白草礦區(qū)采場的管理分析，該地段露天采礦邊坡安全穩(wěn)定因素主要有 ：水文（當?shù)亟涤炅看?，降水量會直接影響邊坡穩(wěn)定性）。巖土性質(zhì)（巖石堅硬，也容易受到弱表土的影響。）構(gòu)造環(huán)境（露天礦產(chǎn)屬于順坡向結(jié)構(gòu)，部分邊坡受影響嚴重）。結(jié)合當代地質(zhì)環(huán)境影響，可以采用極限平衡法和強度折減法來計算白草礦區(qū)采場的邊坡穩(wěn)定性，以此來制定堆放材料的方法，保證整個礦山邊坡的穩(wěn)定性。對白草礦區(qū)的邊坡管理建議采用綜合性的開采技術(shù)，嚴格管理影響開采場內(nèi)部的風險，做好疏水，排水管理，并合理分配材料堆放位置，減少邊坡的 荷載影響，并控制爆破的振動，減少環(huán)境影響，最終加強邊坡的檢測技術(shù)，實現(xiàn)對整個邊坡的管理。