李小慶，顧玉成

（新橋礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000）

新橋礦露天延深開采下盤邊坡穩(wěn)定性分析

李小慶，顧玉成

（新橋礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000）

針對新橋礦露天采場延深后的下盤邊坡，通過現(xiàn)場調(diào)查，資料分析得出邊坡失穩(wěn)破壞的主要模式，采用GeoStudio軟件建立下盤邊坡模型，分析降雨前后的安全系數(shù)，并進行穩(wěn)定性分析，為了確保后期的安全開采以及最終邊坡的穩(wěn)定性，對邊坡防治措施進行了研究，提出了一系列的防治措施。

露天采場下盤邊坡；破壞模式；穩(wěn)定性分析；防治措施

0 引 言

隨著露天采場的不斷開采，開采難度日益增大。我國的大中型露天礦一般設計終了開采高度為300～500 m，有的甚至可達700 m。深凹露天礦開采過程中，隨著開采水平向深部推進，邊坡的穩(wěn)定性會越來越差，滑坡概率也會越來越大，同時對露天礦山而言，加大邊坡角度對提高資源回收率和經(jīng)濟效益意義重大，因此，露天采場的最終邊坡角、邊坡的安全穩(wěn)定性以及防治措施需要進行專門的研究確定[1-2]。

2015年，為適應新橋礦露天轉地下的工程進度，實現(xiàn)礦山產(chǎn)能的有序銜接和整體的采選平衡，新橋礦啟動了礦業(yè)公司科研項目《露天采場延深至-156 m水平的優(yōu)化設計研究》。目前該設計方案已基本成形，但鑒于安全生產(chǎn)的考慮，有必要對延深后的露天采場下盤邊坡穩(wěn)定性進行針對性地研究分析，并采取一定的防治措施，實現(xiàn)延深開采時的安全生產(chǎn)。

1 地質概況

新橋礦露天采場下盤巖體主要由高驪山組砂巖，五通組石英砂巖、志留系粉砂巖組成，滲透系數(shù)低，巖石物理力學參數(shù)較高，層面傾角一般在40°～60°左右，但由于高驪山組和五通組內(nèi)部存在較多的軟弱結構面，部分巖組接觸面也存在接觸破碎帶，導致巖體強度降低明顯，在遇水軟化、力學強度下降的情況下，再加上長期的風化侵蝕，爆破震動，高陡邊坡等不利影響，下盤邊坡的穩(wěn)定性問題一直比較突出，發(fā)生過數(shù)10次大小不一的滑坡，最終形成近乎光面的高陡邊坡。

礦區(qū)處于圣沖向斜含水構造的南東翼，其底板高驪山組砂巖、五通組石英砂巖及巨厚的志留系粉砂巖為礦床可靠的隔水底板，因此邊坡所受的動水壓力和浮托力可以忽略，在沒有降雨的情況下，邊坡巖體主要受到水位線以下靜水壓力的作用，降雨之后，水位線抬升，靜水壓力作用增大，同時受到軟化作用和沖刷作用的影響，導致穩(wěn)定性降低。

2 邊坡破壞模式研究

為了研究預測邊坡未來可能的破壞方式和類型，對邊坡研究區(qū)域內(nèi)進行了長期的資料收集和現(xiàn)場調(diào)查，得出了新橋礦下盤邊坡的主要破壞模式：平面滑動破壞、潰屈破壞；次要破壞模式為巖劈破壞、楔形破壞、崩塌[3]。3#滑坡平面滑動如圖1和1#滑坡潰屈破壞圖2所示。

圖1 3#滑坡平面滑動

圖2 1#滑坡潰屈破壞

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 計算坡面的選取

在本次模擬分析中，根據(jù)礦山平面圖和地質報告，參照露天采場下盤邊坡當前的滑坡現(xiàn)狀，擬定分析剖面為16號、29號勘探線。

3.2 建立邊坡模型

根據(jù)1998年3月冶金部馬鞍山礦山研究院所《銅化集團公司新橋硫鐵礦露天采場下盤高陡邊坡穩(wěn)定性研究》中的實驗數(shù)據(jù)，并查閱相關資料，得出巖體物理力學參數(shù)遇水軟化系數(shù)為結構弱面和節(jié)理0.7，高驪山組和5通組0.85，閃長玢巖0.75，志留系0.85。確定該穩(wěn)定性分析采用的邊坡巖體物理力學參數(shù)見表1[4-5]。

初始參數(shù)設置將GeoStudio軟件的分析類型設置為穩(wěn)定流，不考慮空氣流的影響。在新橋露天采場下盤邊坡地層中有風化帶，接觸破碎帶，閃長玢巖，高驪山組砂巖，五通組石英砂巖和志留系粉砂巖6種巖性[6-7]。根據(jù)礦區(qū)的水文資料，礦區(qū)靜止水位大約在+25 m。所得到的模型如圖3和圖4所示。

表1 邊坡巖體物理力學參數(shù)

圖3 16號勘探線下盤邊坡模型

圖4 29號勘探線下盤邊坡模型

3.3 安全系數(shù)的選取

露天開采工程中，安全系數(shù)一般可取1.05～1.5，參考《銅化集團公司新橋硫鐵礦露天采場下盤高陡邊坡穩(wěn)定性研究》選取的1.18的安全系數(shù)，確定本次邊坡安全評價準則為邊坡安全系數(shù)Fs〉1.2以上是安全的，F(xiàn)s在1.05～1.2處于極限平衡狀態(tài)，F(xiàn)s〈1.05時則認為不安全。

3.4 考慮降雨影響的必要性

對于邊坡來說，長時間的大雨常常是導致邊坡產(chǎn)生滑坡的誘導因素，尤其在我國南方地區(qū)，降雨期集中，降雨入滲影響顯著，結合新橋露天采場所處的銅陵地區(qū)常年降雨量較大，多發(fā)生連續(xù)型暴雨，研究降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性的影響十分必要。

3.5 降雨前后安全系數(shù)對比

從監(jiān)測資料看，降雨后單孔水位變化最大可達23.3 m，年平均水位變化在13.8 m左右，本次計算取20 m。計算16號和25號剖面的降雨前后的邊坡安全系數(shù)，降雨前后安全系數(shù)對比見表2。

表2 降雨前后安全系數(shù)對比

3.6 降雨前后穩(wěn)定性分析

從邊坡計算結果可以看出，在不考慮降水的情況下，2個剖面不同計算方法的安全系數(shù)都大于1.2，同時具有較高的安全冗余，但考慮降雨入滲后16號勘探線剖面的安全系數(shù)最低降到了1.160，處于極限平衡狀態(tài)，29號勘探線剖面的安全系數(shù)雖仍然大于1.2，但已經(jīng)接近極限平衡狀態(tài)，安全冗余消失，也應該引起足夠重視。

對比降雨前后邊坡的安全系數(shù)，兩個剖面的安全系數(shù)降低明顯，尤其是16號剖面，處于極限平衡狀態(tài)。考慮到巖體的不斷風化，爆破損傷的累積，降雨沖刷等不利因素，兩個邊坡的安全穩(wěn)定都應引起足夠重視，加強管理，并采取一定的防治措施，確保邊坡安全。

4 邊坡防治

由于新橋礦下盤邊坡已形成高陡邊坡，高度大于400 m，根據(jù)生產(chǎn)任務還要繼續(xù)開采到-156 m水平，從邊坡防治措施來看，采用單一的措施是很難實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定的。因此，根據(jù)不同的邊坡實際，因地制宜，采取針對性較強的處理措施是合適的。

4.1 削坡減載

新橋露天采場下盤邊坡26線附近+144 m平臺上部坡面滑坡嚴重，導致坡底截水溝損壞，為治理該區(qū)域滑坡，疏通截水溝，2015年8月提出了削坡減載的處理方案。在+163 m原有平臺使用挖掘設備清理坡面巖石，削平坡面，向東部推進，形成寬3 m的作業(yè)平臺，以44°坡面角向上形成坡面，同時將+144 m平臺被滑坡體覆蓋的原坡底線通過挖掘設備內(nèi)進5 m（即以原水溝為基準內(nèi)進2 m），坡面角變?yōu)?5°，降低該平臺負載。

4.2 控制爆破

為了降低爆破地震效應對邊坡穩(wěn)定性的不利影響，應采用控制爆破降低爆破地震效應。

1）預裂爆破。目前新橋礦露天采場采用的是預裂爆破技術保護最終邊坡，具體參數(shù)為孔距1 m，孔徑90 mm，采用間隔不耦合裝藥。

2）嚴格控制最大段起爆藥量和總藥量。針對新橋礦露天采場目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，把單響藥量控制在800 kg左右，同時也必須控制1次爆破的總藥量，6 t以下比較適宜。

3）采用逐孔起爆技術。目前新橋礦露天采場采用的是排孔起爆技術，相比于逐孔起爆，震動峰值高，對邊坡破壞大，為了減小爆破震動對邊坡的影響，擬全面采用逐孔起爆技術。

4.3 支護

1）噴錨網(wǎng)+長錨索。噴錨網(wǎng)是井下支護經(jīng)常采用的支護方式，與長錨索結合，既能發(fā)揮噴錨網(wǎng)支護效果好，適用巖性廣的優(yōu)點，又能發(fā)揮長錨索支護范圍大，強度高的特點，新橋礦露天采場東部采用此種支護方式。

2）噴錨網(wǎng)+長錨索框架支護。在噴錨網(wǎng)+長錨索支護的基礎上加上框架，連接各個錨桿和錨索，適用于邊坡治理難度大，重要邊坡的支護。

3）抗滑樁支護。該種支護方式應用廣泛，多用于潛在滑動面靠近邊坡的位置，施工周期短，成本較低，但不適用于巖體破碎的邊坡，難以維護邊坡的穩(wěn)定。新橋露天采場下盤+144 m平臺14和15線附近運用過該種支護方式。

4）防滲膜護坡。為防止雨水滲入，增加松散土體自重并使其力學性質降低，從而引起邊坡滑移失穩(wěn)，可對出現(xiàn)開裂滑移的平臺和坡面鋪設防滲膜，該方案成本低，施工工藝簡單，尤其對松散土體效果顯著[8]。

4.4 導水治水

新橋礦露天采場規(guī)模較大，匯水面積廣，尤其是下盤高陡邊坡，必須加強截水導水通道的建設。對于一些主要的安全平臺，如+144 m，+72 m，+36 m等，在未被滑坡破壞的區(qū)域修建截水溝，使截水溝水平以上的邊坡匯水匯入截水溝，并修建與截水溝相通的導水溝，將邊坡匯水導出采場之外，減少上部匯水對下部邊坡和平臺的沖刷侵蝕，也減輕了露天坑底水倉的排水壓力。

4.5 變形監(jiān)測

新橋礦露天采場現(xiàn)已建立起完善的變形監(jiān)測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能實時的監(jiān)測邊坡的變化，預測邊坡破壞的發(fā)生，對確保邊坡的安全，提前采取治理措施具有十分重要的意義。

5 結論

1）對邊坡研究區(qū)域內(nèi)進行了大量的資料收集和現(xiàn)場調(diào)查，得出了新橋礦下盤邊坡的主要破壞模式為平面滑動破壞、潰屈破壞；次要破壞模式為巖劈破壞、楔形破壞、崩塌。

2）從邊坡計算結果可以看出，在不考慮降水的情況下，2個剖面不同計算方法的安全系數(shù)都大于1.2，同時具有較高的安全冗余，但考慮降雨入滲后16號勘探線剖面的安全系數(shù)最低降到了1.160，處于極限平衡狀態(tài)，29號勘探線剖面的安全系數(shù)雖仍然大于1.2，但已經(jīng)接近極限平衡狀態(tài)，安全冗余消失，也應該引起足夠重視。

3）對比降雨前后邊坡的安全系數(shù)，兩個剖面的安全系數(shù)降低明顯，尤其是16號剖面，處于極限平衡狀態(tài)。考慮到巖體的不斷風化，爆破損傷的累積，降雨沖刷等不利因素，2個邊坡的安全穩(wěn)定都應引起足夠重視，加強管理，并采取一定的防治措施，確保邊坡安全。

4）由于新橋礦下盤邊坡已形成高陡邊坡，高度大于400 m，根據(jù)生產(chǎn)任務還要繼續(xù)開采到-156 m水平，從邊坡防治措施來看，采用單一的措施是很難實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定的。因此，根據(jù)不同的邊坡條件，因地制宜，綜合采用削坡減荷，控制爆破，支護，截水導水，變形監(jiān)測等防治措施來確保邊坡的安全穩(wěn)定。

［1］ 李旺．云南某露天礦邊坡破壞機理與穩(wěn)定性研究［D］．昆明：昆明理工大學，2008．

［2］ 楊天鴻，張鋒春，于慶磊，等．露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］．巖土力學，2011（5）：1437-1451．

［3］ 幸文宬．先鋒煤礦采場北幫邊坡滑坡分析與研究［D］．昆明：昆明理工大學，2011．

［4］ 馮西橋．銅化集團公司新橋硫鐵礦露天采場下盤高陡邊坡穩(wěn)定性研究［R］．馬鞍山：冶金部馬鞍山礦山研究院，1998．

［5］ 劉紅丹．廟溝鐵礦巖體強度指標的確定及穩(wěn)定性評價［D］．沈陽：東北大學，2011．

［6］ 趙天彪，蘇培東．云南牟定縣安益鐵礦高邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究［J］．內(nèi)江科技，2014（4）：119-120．

［7］ 金文佳，楊澤，侯克鵬，等．尖山邊坡穩(wěn)定性的三維動態(tài)數(shù)值模擬分析［J］．有色金屬(礦山部分)，2010（6）：42-45．

［8］ 韓斌，鄭祿璟，王少勇，等．復雜破碎露天邊坡的綜合加固技術［J］．中南大學學報(自然科學版)，2013（2）：772-777．

【責任編輯：解連江】

Footwall slope stability analysis in Xinqiao Open-pit Mine deep mining

LI Xiaoqing,GU Yucheng
(Xinqiao Mining Co.,Ltd.,Tongling 244000,China)

Through the field investigation and data analysis,the article obtained slope failure mode aiming at deep mining footwall slope in Xinqiao Open-pit Mine,established the footwall slope model by GeoStudio and analyzed safety coefficient before and after rainfall and slope stability.In order to ensure the latter safety exploitation and the stability of slope,the author studied slope prevention measures,and presented a series of control measures.

open-pit footwall slope;failure mode;stability analysis;prevention and control measure

TD824.7

B

1671－9816（2017）04－0018－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.006

李小慶，顧玉成.新橋礦露天延深開采下盤邊坡穩(wěn)定性分析［J］.露天采礦技術，2017，32（4）：18-21.

2016-11-07

李小慶（1990—），男，碩士，采礦工程專業(yè)，主要從事礦山技術管理和充填采礦方面的研究。