涂金地

（中鐵九局集團(tuán)有限公司大連分公司，遼寧 大連 116000）

近年來，我國礦山開采范圍不斷擴(kuò)大，開采程度也日益深入。但在露天金屬礦山開采中仍存在一系列亟待解決的突出性問題，其中首當(dāng)其沖的就是邊坡穩(wěn)定性問題。在礦山開采過程中，一旦邊坡失穩(wěn)，不僅會給礦山企業(yè)造成無法彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失，還會對開采人員的生命安全構(gòu)成威脅。目前，露天金屬礦山設(shè)計(jì)參數(shù)不斷優(yōu)化，陡幫開采理念也受到礦山企業(yè)的高度重視。只有積極轉(zhuǎn)變礦山開采理念，合理運(yùn)用先進(jìn)的開采技術(shù)，才能維護(hù)邊坡工程的安全性。

1 露天金屬礦山邊坡工程的基本特征

與公路工程、水利水電工程的巖體邊坡相比，露天金屬礦山邊坡工程具有較大的差異性。由于露天金屬礦山邊坡工程處于爆破震動場所內(nèi)，極易受到爆破作業(yè)的干擾，稍有不慎，就會導(dǎo)致邊坡工程失穩(wěn)，進(jìn)而對整個(gè)礦山開采活動造成不利影響。由此，全面掌控露天金屬礦山邊坡工程的基本特征顯得尤為重要。

1.1 邊坡工程多樣性及復(fù)雜性

露天金屬礦山邊坡工程具有地質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣化與復(fù)雜化的特點(diǎn)。不同類型地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的耦合作用，以及自然環(huán)境的變化會在很大程度上影響邊坡穩(wěn)定性。尤其是在持續(xù)強(qiáng)降雨天氣狀況下，地表徑流的沖擊、地下水位的上升及爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動效應(yīng)，會直接破壞邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1.2 邊坡安全的時(shí)效性

通常來說，礦山企業(yè)為縮短工期，節(jié)約成本，并不會在邊坡工程上投入過多的人力、物力和資金。在礦山基建階段，修建的邊坡以臨時(shí)陛邊坡為主。而這種臨時(shí)陛邊坡缺乏穩(wěn)定性，且穩(wěn)定性難以預(yù)估。大多數(shù)礦山企業(yè)也只是盡可能的保證該階段礦山開采不出現(xiàn)任何安全問題，對后續(xù)開采作業(yè)的安全性缺乏考量。與此同時(shí)，隨著礦山開采的推進(jìn)，這種臨時(shí)邊坡的穩(wěn)定性也隨之減弱。

1.3 巖體及邊坡的動態(tài)變化性

邊坡工程是隨著露天金屬礦山開采進(jìn)度的推進(jìn)而變化的。在礦山開采過程中，這種變化是被允許的，換言之，只要這種變化不影響開采作業(yè)即可。邊坡工程的穩(wěn)定性也應(yīng)該是一個(gè)變化的過程。也就是說，隨著露天金屬礦山開采程度的加深，邊坡工程的穩(wěn)定性必須隨之增強(qiáng)。只有這樣，才能推動整個(gè)開采作業(yè)的順利開展。

2 影響露天金屬礦山邊坡穩(wěn)定性的因素

2.1 巖體結(jié)構(gòu)因素

巖體結(jié)構(gòu)的變化會在很大程度上威脅露天金屬礦山邊坡的穩(wěn)定性。通過對過往的施工報(bào)告展開調(diào)查，以及對實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)可知，巖體構(gòu)造變化是導(dǎo)致露天金屬礦山邊坡失穩(wěn)的主要原因。

通常情況下，礦山企業(yè)在邊坡設(shè)計(jì)與建造時(shí)，會深入施工現(xiàn)場，對現(xiàn)場周圍的巖石情況展開考察與研究，并采集巖石樣本進(jìn)行分析。由此，判斷該區(qū)域是否適合開展露天礦山邊坡施工作業(yè)。目前，行業(yè)內(nèi)對不良巖體結(jié)構(gòu)提出了明確的劃定標(biāo)準(zhǔn)。其中，弱面結(jié)構(gòu)是最常見的不良巖體結(jié)構(gòu)之一。這種巖石結(jié)構(gòu)極易在外界環(huán)境變化以及爆破震動效應(yīng)的影響下，出現(xiàn)表面結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象。而一旦巖石結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂，就會在很大程度上破壞整個(gè)邊坡工程的穩(wěn)定性。

2.2 巖性土層礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)因素

除巖石結(jié)構(gòu)以外，露天金屬礦山邊坡穩(wěn)定性還會受到巖性土層及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。而且不同類型的巖性土層對邊坡穩(wěn)定性的影響程度不同。例如，鐵質(zhì)巖性土層對邊坡穩(wěn)定性的影響程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅質(zhì)巖性土層。從根本上來說，巖性土層所包含的礦物質(zhì)不同，這是導(dǎo)致其性能差異的主要原因。同時(shí)，巖性土層中各類礦物質(zhì)的連接方式也各不相同。

根據(jù)對各類巖性土層樣本展開深入研究可知，部分礦物質(zhì)以結(jié)晶連接方式為主，而部分礦物質(zhì)以膠結(jié)連接方式為主。其中，變質(zhì)巖是較為常見的礦物質(zhì)結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由于變質(zhì)巖的穩(wěn)定性較好，所以適用于礦山邊坡的基建構(gòu)造體。需要格外強(qiáng)調(diào)的是，大多數(shù)膠結(jié)構(gòu)造礦物質(zhì)巖體的穩(wěn)定性較差，并不適用于礦山邊坡的基建工程，會增加施工中的安全隱患。

2.3 自然環(huán)境因素

影響露天金屬礦山邊坡工程穩(wěn)定性的自然因素主要包括，地表徑流沖擊、地下水侵蝕、裸露風(fēng)化和空氣溫濕度變化等。其中，裸露風(fēng)化會在很大程度上破壞巖石的表面結(jié)構(gòu)。在自然風(fēng)力的持續(xù)作用下，巖石表層的擴(kuò)張力不斷增大，當(dāng)擴(kuò)張力超過其自身的耐受極限時(shí)，初期階段會出現(xiàn)輕微裂紋。隨著時(shí)間的延長，裂紋逐漸深入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成大規(guī)模開裂。而一旦巖石開裂，會極大地?fù)p害整個(gè)巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

再者，空氣溫度的變化也會增大巖石內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的溫度差異，形成溫度應(yīng)力，一旦溫度應(yīng)力超過巖石結(jié)構(gòu)自身的抗拉限度，就會使巖體開裂。相較而言，地下水侵蝕是對巖石結(jié)構(gòu)以及邊坡工程穩(wěn)定性影響程度最大的自然環(huán)境因素。水體會順著巖石結(jié)構(gòu)表面裂紋逐漸滲入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的延長，裂紋逐步擴(kuò)張，巖石顆粒流失，完整性遭到破壞。盡管地下水侵蝕的影響是循序漸進(jìn)的，是緩慢的，但對邊坡穩(wěn)定性的影響卻是不容小覷的。為此，在礦山開采過程中，必須加大對自然環(huán)境因素影響的重視力度。

2.4 人為破壞因素

在礦山開采過程中，不可避免的會開展爆破作業(yè)，且使用重型機(jī)械設(shè)備。而爆破作業(yè)以及重型機(jī)械設(shè)備作業(yè)，又會產(chǎn)生劇烈的震動效應(yīng)，威脅邊坡穩(wěn)定性。一方面爆破作業(yè)會導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的滑移力，威脅邊坡的穩(wěn)定性。另一方面爆破作業(yè)產(chǎn)生的劇烈震動效應(yīng)，會致使巖體開裂。

當(dāng)前，在采礦作業(yè)中，最常用的爆破方法就是垂直深孔爆破方法。這種爆破方法會對露天礦山邊坡造成嚴(yán)重的破壞。以吉林天池礦業(yè)下屬官地露天鐵礦和雞南露天鐵礦為例。在開采過程中，爆破作業(yè)對巖石結(jié)構(gòu)造成了極大的破壞，再加上自然環(huán)境條件較為惡劣，致使邊坡失穩(wěn)，險(xiǎn)些釀成嚴(yán)重的開礦事故。

通常來說，巖石的震動速度越快，爆破作業(yè)產(chǎn)生的破壞程度越大。而巖石的震動速率又會受到用藥量、爆破范圍以及巖石結(jié)構(gòu)天熱屬性等因素的影響?？偠灾?，在露天金屬礦山開采過程中，必須加大對爆破作業(yè)的重視，盡可能的減輕爆破作業(yè)對邊坡穩(wěn)定性的影響。

3 增強(qiáng)露天礦山邊坡穩(wěn)定性的具體措施

在露天金屬礦山開采中，若想增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，必須采取如下幾方面措施：加大地質(zhì)勘查力度；完善礦山排水設(shè)施；約束和規(guī)范采礦行為；選擇適宜的邊坡加固處理措施。下面就將對上述措施展開具體論述。

3.1 加大地質(zhì)勘查工作力度

在露天金屬礦山開采前，指定專業(yè)技術(shù)人員深入現(xiàn)場進(jìn)行地質(zhì)勘察，全面了解礦山周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件和巖石結(jié)構(gòu)情況。編制完整的地質(zhì)勘察報(bào)告，上報(bào)至工程設(shè)計(jì)部門。在地質(zhì)勘察報(bào)告中，詳細(xì)表述礦山周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件、地質(zhì)薄弱地帶及自然資源分布情況，為工程設(shè)計(jì)與施工提供可靠的參考依據(jù)。

此外，利用各類現(xiàn)代科技手段，創(chuàng)建完善的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，如全球衛(wèi)星定位技術(shù)、遠(yuǎn)程遙感技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)以及地理信息技術(shù)等。通過對邊坡的全方位、動態(tài)化、精細(xì)化監(jiān)測，掌握邊坡穩(wěn)定性的變化規(guī)律，采取切實(shí)可行的防治措施，以維護(hù)邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.2 完善礦山附近排水設(shè)施

對地表水及地下水展開流量變化監(jiān)測也是至關(guān)重要的。相關(guān)人員可以通過建設(shè)引排水設(shè)施的方式，將地表徑流引入平原地帶或自然流域中，尤其是初春積雪融化時(shí)節(jié)和夏季持續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)節(jié)，引排水工作更加重要。借助引排水，可以最大程度的減小地表徑流對巖石的沖擊力，減輕腐蝕程度。

另外，地表徑流滲入以及地下水上涌還會導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)張。為此，加強(qiáng)防滲工程建設(shè)至關(guān)重要。防滲工程不僅可以有效控制巖石的腐蝕程度，還可以有效抑制巖石的風(fēng)化作用?？偠灾瑹o論是引排水工程，還是防滲工程，在正式施工前，都需要對地表徑流和地下水的流量變化展開密切監(jiān)測。

3.3 約束和規(guī)范采礦行為

首先，在了解礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件的情況下，對整個(gè)開采流程進(jìn)行合理規(guī)劃。同時(shí)，充分考慮多方面因素，選擇適宜的爆破方式。在爆破作業(yè)中，除了要選擇合理的爆破方法以外，還應(yīng)合理劃分爆破工作區(qū)，并將各工作區(qū)的彈藥量控制在合理范圍內(nèi)。其次，由于采礦廢料的堆積，機(jī)械設(shè)備的使用會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的荷載力，所以，在礦山開采過程中，需對機(jī)械設(shè)備與廢棄石料進(jìn)行統(tǒng)一管理。并定期清理生活垃圾和爆破產(chǎn)生的廢石料，將重力荷載控制在合理范圍內(nèi)，最大程度的減輕重力荷載對邊坡穩(wěn)定性的影響。這里需要格外強(qiáng)調(diào)的是，礦山開采嚴(yán)禁掏采，以免因掏挖量過大而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

3.4 選擇適宜的邊坡加固處理措施

除預(yù)防措施以外，對于已經(jīng)出現(xiàn)失穩(wěn)問題的邊坡來說，必須開展清理和加固處理。具體來說，就是清理邊坡上堆積的垃圾雜物和廢棄石料，對出現(xiàn)崩塌的邊坡予以修整加固，增強(qiáng)邊坡的安全穩(wěn)定性。

另外，對于巖石構(gòu)造、紋路節(jié)理存在缺陷的邊坡，可采用設(shè)置擋滑墻、抗滑樁以及邊坡注漿等人工干預(yù)措施，進(jìn)一步提升邊坡的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，定期開展邊坡巡查與維護(hù)，確保邊坡的安全穩(wěn)定性，增大開采作業(yè)安全系數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦山開采過程中，安全始終是第一要義。尤其是露天金屬礦山的開采，必須加強(qiáng)邊坡監(jiān)測，避免因邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生安全事故。礦山企業(yè)相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)明確導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的原因，采取科學(xué)合理的邊坡加固處理措施，以期推動開采作業(yè)的有序開展，維護(hù)多方利益。