露天矿山边坡稳定浅析

李晓峰,陈亚杰,孙景敏,冯煜彪

(河南省岩石矿物测试中心, 河南郑州 450012)

露天矿山边坡稳定浅析

李晓峰,陈亚杰,孙景敏,冯煜彪

(河南省岩石矿物测试中心, 河南郑州 450012)

在概述边坡失稳破坏类型与边坡稳定性影响因素的基础上,以某露天矿山为例,进行了初步的边坡稳定性分析,并提出了预防边坡失稳的几点对策措施。

露天矿山;边坡失稳;稳定性分析

露天矿山开采过程中,容易出现的事故类型为露天采场边坡坍塌、滑坡,造成人员伤亡和设备损坏。因此,露天矿山边坡的稳定对矿山安全起着至关重要的作用,开采过程中应特别重视,并制定预防边坡失稳的安全措施。

1 边坡失稳破坏类型

(1)圆弧形破坏:圆弧形破坏常发生在土体边坡和具有散体结构、碎裂结构岩体边坡中,边坡失稳时滑动体是沿着向上凹的弧形破裂而滑动。

(2)平面破坏:平面滑坡是发生最多的一种破坏类型。在结构上受结构面,如断层、节理、层理面和层状沉积层间抗剪强度变化的控制,或受坚硬岩层和层间充填物接触的控制。尤其是结构面与边坡倾向相近,结构面的倾角小于边坡角而大于岩体内摩擦角时,易发生平面破坏。

(3)楔体破坏:楔体破坏多发生在边坡中具有两组结构面斜交且在边坡上出露相交成楔形体时。当两组结构面的组合交线的倾向与边坡倾向相近,倾角小于坡面角且大于其摩擦角时,容易发生沿组合交线方向滑动的这种破坏。

(4)倾倒破坏:倾倒破坏多发生在层状结构边坡中,岩层成一组平行的结构面,它们的倾向与边坡相反且倾角较陡,岩柱或岩块绕某一固定基面转动而发生的破坏。

2 边坡稳定性影响因素

岩体的稳固性受多种因素的影响,主要与岩体结构构造、形态特征和外力作用有关。岩体结构决定于岩体性质,岩石致密坚硬稳固性就好,岩质疏松软弱稳固性则差;岩体构造即为岩体的软弱面,对岩体的稳固性影响很大;岩体表面坡度小于一定值(自然安息角)时,岩体是稳固的,超过一定值稳固性就会降低,超出自然安息角越大,稳固性就越差;影响岩体稳固性的外部因素主要是风化腐蚀、水力浸润、震动和人工开挖,外力往往造成岩体破坏,使岩体的稳固性降低。

任何岩体工程的开挖,都将改变其原有的平衡条件和应力分布,导致岩体的移动和变形,对边坡岩体产生破坏作用,影响其稳定性。高阶段不分层开采,采场边坡上无平台,采场的边坡既是生产边坡,也是台阶坡面,其坡角往往是较陡的台阶坡面角,有的超过 80°,甚至形成伞檐。这些采场的边坡随着开采不断变化,并经常承受外力作用的影响,其稳定性大大降低,容易发生坍塌、滑坡等边坡危害事故。

岩体滑坡时,基本上是沿岩体的软弱面(层理、节理、断层、裂隙等)滑动的,因此岩体的稳固性不仅与开挖位置有关,还与开挖坡角方向有关。当高度一定,开挖坡面与岩体软弱面方向(滑动方向)相反时,滑动受阻,软弱面对岩体的稳固性起不到影响作用;当坡面与软弱面垂直时,滑动同样受阻,不会产生滑动,对岩体的稳固性影响很小,只可能发生岩块倾倒(倾倒破坏);当坡面与软弱面方向相近时,具备岩体滑动、倾倒的条件,容易产生平面滑动或倾倒,对岩体的稳固性影响很大。

3 案例分析

3.1 矿山概况

某露天矿山含矿层为寒武系中统张夏组石灰岩,为沉积层状矿体,矿层整体性好,分布连续,矿层内无软弱夹层。矿石饱和抗压强度平均为 117.6 MPa,属坚硬质岩石。矿层顶底板皆为相同性质的石灰岩或白云岩,力学性质相近,稳固性较好;开采矿体范围内无构造破坏,节理、裂隙不发育;矿区附近无地表水体,矿体位于侵蚀基准面和地下水位之上,水文地质条件简单;采用自上而下的顺序分台阶开采,采场构成要素:台阶高度为 10m,台阶终了坡面角黄土为 45°、基岩为 60°,安全平台宽度为 4m,清扫平台宽度为 6m,最小工作平台宽度为 26m,最终边坡角小于 50°。临近边坡爆破作业时,矿山采取控制爆破措施。

3.2 边坡稳定分析

(1)岩性分析:该矿山矿层顶底板皆为相同性质的石灰岩或白云岩,岩性坚硬,稳固性较好,有利于边坡稳定。

(2)岩体结构面:开采矿体范围内无构造破坏、节理、裂隙不发育,无软弱面存在,不会发生滑坡,有利于边坡稳定。

(3)地下水:矿区附近无地表水体,矿体位于侵蚀基准面和地下水位之上,地下水对其无影响,有利于边坡稳定。

(4)开采技术条件:采用自上而下的顺序分台阶开采,最终边坡角小于 50°,设置安全平台、清扫平台,有利于边坡稳定。

(5)爆破作业:临近边坡爆破作业时,矿山采用控制爆破技术降低或消除爆破对边坡稳定的影响,有利于边坡稳定。

通过以上分析得出,该露天矿山边坡稳定。

3.3 预防边坡失稳的对策措施

(1)严格按照自上而下的顺序分台阶开采,并保持台阶的安全坡面角,不超挖坡底。

(2)应采取措施防止地表水(包括在采场外围山坡设置截水沟,采场设置排水沟等)渗入边帮岩体的弱层裂隙或直接冲刷边坡。

(3)临近最终边坡作业应采用控制爆破减震技术,减少爆破对边帮的震动及破坏,保持岩体原有的整体性和稳固性。

(4)边坡若遇到断层、裂隙、软弱部位或与岩层平行时,应适当降低边坡角。

(5)建立制定切实可行的边坡管理、监测制度,配备边坡管理人员,定期分析边坡稳定状态,并制定边坡事故应急预案。

(6)对采场工作帮应每季度检查一次,高陡边帮应每月检查一次,不稳定区段在暴雨过后应及时检查,发现异常应立即处理。

(7)暴雨或连续降雨天不生产,其它不良气候天气少生产。

(8)必要时采用锚杆(索)、抗滑桩、挡墙加固边坡。

[1] 李宝祥,祝玉学,孙盛湘,等.采矿手册(第三版)[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[2] 周万忠,阿吉五作.拉拉铜矿露天南部边坡滑坡分析及治理[J].采矿技术,2008,8(3):10～11.

[3] 于庭安,戴兴国.露天矿边坡稳定性的安全因素分析[J].矿业安全与环保,2008,35(1):73～76.

[4] 李全明,付士根,王云海.露天开采边坡稳定性分析方法及灾害防治措施研究[J].中国安全科学学报,2007,17(2):56～58.

[5] GB16423-2006.金属非金属矿山安全规程[S].

2010-04-13)

李晓峰(1982-),男,河南郑州人,助理工程师,从事非煤矿山设计、安全评价工作,Email:lxf820513@163.com。