李寶明

（云南磷化集團(tuán)工程建設(shè)有限公司）

某露天礦7#采場(chǎng)目前正在進(jìn)行+2 250 m 水平最底層臺(tái)階的爆破回采作業(yè)，標(biāo)志著該采場(chǎng)即將結(jié)束采礦。為延長(zhǎng)服務(wù)期限，礦山曾委托有關(guān)單位進(jìn)行了資源的補(bǔ)充勘探，并于7#采場(chǎng)南部110#～116#勘探線發(fā)現(xiàn)新資源，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ品級(jí)331類礦石資源儲(chǔ)量達(dá)到2 043.15 kt。計(jì)劃對(duì)此部分資源進(jìn)行擴(kuò)幫開采。然而，礦山早期曾將110#～116#線區(qū)域作為排土場(chǎng)堆放廢石，且排土場(chǎng)已堆置完成。因此，在進(jìn)行110#～116#線礦山擴(kuò)幫開采設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮對(duì)排土場(chǎng)內(nèi)廢石進(jìn)行清理，同時(shí)有必要對(duì)擴(kuò)幫后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

邊坡安全系數(shù)作為邊坡安全的判別指標(biāo)，一直被廣泛應(yīng)用于各類工程領(lǐng)域［1-2］。易露等［3］采用極限平衡法和有限元數(shù)值模擬的方法，計(jì)算了銅山口銅礦露天邊坡安全系數(shù)，對(duì)露天邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。張文飛等［4］基于Biot 固結(jié)理論，采用GEO-STUDIO 軟件計(jì)算了和尚橋鐵礦內(nèi)排土場(chǎng)邊坡在降雨作用下的邊坡安全系數(shù)。鄧帆等［5］以邊坡安全系數(shù)為基準(zhǔn)，采用FLAC3D強(qiáng)度折減法以及Slide極限平衡法，對(duì)某露天礦山高陡巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。然而，目前對(duì)多種工程地質(zhì)條件復(fù)合作用下的邊坡安全系數(shù)研究尚少。

本研究以某露天礦7#采場(chǎng)擴(kuò)幫終了邊坡為研究對(duì)象，針對(duì)上部為排土場(chǎng)邊坡、下部為露天采場(chǎng)邊坡這一特殊工程地質(zhì)條件，基于Janbu 法和Morgenstern-Price 法，利用Slide 巖土邊坡分析軟件，計(jì)算典型地質(zhì)剖面的邊坡安全系數(shù)，并參考非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范，對(duì)擴(kuò)幫終了邊坡進(jìn)行安全性分析。

1 工程概況

某露天礦7#采場(chǎng)現(xiàn)狀最低開采標(biāo)高為+2 250 m，最高開采標(biāo)高為+2 388 m，臺(tái)階高度為10 m，安全平臺(tái)寬度為3 m，現(xiàn)狀露天采場(chǎng)南北長(zhǎng)800 m，東西寬500 m。7#采場(chǎng)北部和西部已開采至礦體底板，底板坡度在15°～28°，底板巖性為白云巖。新探明的礦產(chǎn)資源位于7#采場(chǎng)南部，上部為堆放多年的排土場(chǎng)，南北向長(zhǎng)約1.2 km，東西向?qū)捈s0.55 km，堆存標(biāo)高為+2 390～+2 480 m，堆排臺(tái)階高度為20～30 m，最大約50 m。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件可知，擴(kuò)幫完成后，排土場(chǎng)臺(tái)階坡面角為38°，部分為原始坡面坡度（24°～32°），臺(tái)階高度為10 m，安全/清掃平臺(tái)寬度為20 m。擴(kuò)幫邊坡臺(tái)階高度為10 m，臺(tái)階坡面角下盤為礦體傾角或60°，上盤為60°，第四系表土層臺(tái)階坡面角為50°，臺(tái)階寬度為5 m，清掃平臺(tái)寬度為7 m，每隔2 個(gè)安全平臺(tái)設(shè)置1個(gè)清掃平臺(tái)。

堆放完成的排土場(chǎng)位于此次7#采場(chǎng)南擴(kuò)境界內(nèi)，當(dāng)露采完成時(shí)，擴(kuò)幫工程會(huì)造成邊坡上部為排土場(chǎng)邊坡、下部為露天采場(chǎng)邊坡的復(fù)合型工程地質(zhì)邊坡。此類復(fù)合型的工程地質(zhì)邊坡較單一類型的工程地質(zhì)邊坡更易發(fā)生邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象［6-7］。因此，對(duì)擴(kuò)幫終了邊坡開展穩(wěn)定性分析尤為必要。

2 擴(kuò)幫邊坡穩(wěn)定性分析

擴(kuò)幫完成后的高陡邊坡垂直高度達(dá)70 m，選取典型的地質(zhì)坡面，采用Janbu 法和Morgenstern-Price法，借助巖土邊坡分析軟件Slide 對(duì)開采終了邊坡進(jìn)行計(jì)算分析。工程地質(zhì)剖面位置如圖1所示。

2.1 分析方案

在影響邊坡安全的因素中，除邊坡角、邊坡高度等固定參數(shù)外，地下水、爆破振動(dòng)和地震是威脅邊坡安全的重要外部因素。故以自重應(yīng)力、地下水、爆破振動(dòng)和地震力為影響因素，設(shè)計(jì)不同荷載組合方案，分別計(jì)算不同地質(zhì)剖面的安全系數(shù)，綜合評(píng)價(jià)7#采場(chǎng)南擴(kuò)邊坡的穩(wěn)定性。不同荷載組合方案如表1所示。

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2.2 計(jì)算參數(shù)選取

礦層為堅(jiān)硬巖組，由致密狀磷塊巖、含砂白云質(zhì)磷塊巖、硅質(zhì)磷塊巖夾含磷白云巖組成，厚15.53～60.97 m。礦層頂板為堅(jiān)硬巖組，由泥質(zhì)白云巖、含磷白云巖、含云母粉砂泥質(zhì)巖、頁(yè)巖、含礫石英砂巖及白云巖夾泥質(zhì)巖組成，厚76～138 m。礦層底板為堅(jiān)硬至半堅(jiān)硬巖組，由白云巖、泥質(zhì)白云巖夾薄層燧石及粉砂質(zhì)頁(yè)巖組成，厚223 m左右。

參考地質(zhì)報(bào)告，本次計(jì)算采用的巖層及排土場(chǎng)物理力學(xué)參數(shù)見表2。

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2.3 計(jì)算結(jié)果與分析

2.3.1 計(jì)算結(jié)果

采用Janbu 法和Morgenstern-Price 法對(duì)5 個(gè)概化的典型地質(zhì)剖面擴(kuò)幫終了邊坡安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。I—I、IV—IV、V—V 剖面處已沿原始地形將上部堆棄排土全部清挖完畢，故僅計(jì)算開挖邊坡穩(wěn)定性；II—II 剖面分別計(jì)算了上部排土場(chǎng)與下部采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)；III—III 剖面由于在+2 320 m 標(biāo)高下部為設(shè)計(jì)露天采場(chǎng)邊坡，僅有2～3 層臺(tái)階，無(wú)需計(jì)算下部采場(chǎng)邊坡，僅對(duì)上部排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算。由于篇幅有限，僅展示I—I剖面在3種工況下的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算云圖，如圖2所示。

注：括號(hào)中為排土場(chǎng)部分邊坡安全系數(shù)。

2.3.2 結(jié)果分析

在邊坡工程設(shè)計(jì)中，安全系數(shù)一般取1.1～1.5。對(duì)于臨時(shí)邊坡，一般要求安全系數(shù)≥1.1，對(duì)于永久邊坡或重要邊坡，一般要求安全系數(shù)≥1.2。在露天礦山開采生產(chǎn)過程中所形成的邊坡，考慮露天礦邊坡特點(diǎn)，并兼顧安全經(jīng)濟(jì)開采的原則，允許邊坡出現(xiàn)局部和可預(yù)見的垮塌，安全系數(shù)一般可以適當(dāng)降低［8］。

參考《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016—2014），非煤露天礦邊坡工程的設(shè)計(jì)安全系數(shù)由邊坡工程安全等級(jí)確定，邊坡工程安全等級(jí)根據(jù)邊坡危害程度和邊坡高度確定。綜合考慮該露天礦邊坡危害程度和邊坡高度，確定此露天礦7#采場(chǎng)開采終了邊坡工程安全等級(jí)為III級(jí)，在此安全等級(jí)下，不同荷載組合下的邊坡安全系數(shù)要求如表4所示。

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根據(jù)表3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，該露天礦7#采場(chǎng)南擴(kuò)露天采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊坡在工況I（自重+地下水）下，不同剖面安全系數(shù)均大于1.15，滿足規(guī)范要求的1.10～1.15；在工況II（自重+地下水+爆破）下，計(jì)算邊坡不同剖面安全系數(shù)均大于1.13，滿足規(guī)范要求的1.08～1.13；在工況III（自重+地下水+地震）下，計(jì)算邊坡剖面安全系數(shù)均大于1.10，滿足規(guī)范要求的1.05～1.10。邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面出現(xiàn)在排土場(chǎng)內(nèi)部臺(tái)階處，表現(xiàn)為潛在的圓弧形滑動(dòng)破壞模式。

3 結(jié) 論

7#采場(chǎng)南擴(kuò)露天采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊坡在自重+地下水荷載組合下，剖面邊坡安全系數(shù)均大于1.15；在自重+地下水+爆破荷載組合下，剖面邊坡安全系數(shù)均大于1.13；在自重+地下水+地震荷載組合下，剖面邊坡安全系數(shù)均大于1.10；均滿足規(guī)范要求，說明此設(shè)計(jì)擴(kuò)幫終了邊坡處于安全狀態(tài)。