大平掌铜矿露天采场滑坡体处置方法研究

唐飞

（云南思茅山水铜业有限公司，云南 普洱665000）

大平掌铜矿露天采场位于普洱市正西方向，直线距离约40km，行政区划隶属思茅区思茅港镇，由玉溪矿业有限公司全面负责技术管理。2009年2月，该矿引进国外先进的MicroMine三维矿业软件对大平掌铜矿露天采场进行矿体资源管理与开采研究。

2011年初，大平掌铜矿露天采场东南部边坡顶部出现了局部裂缝，裂缝宽约2cm。此情况发生后，矿山加强了对边坡的监测。2011年9月1日至30日变形较大，每天约16cm，之后变形速度趋缓，逐步趋于稳定。变形破坏范围从1 100m标高一直延续到1 330m标高，垂直高差达到230m，最远的开裂超过设计最终境界125m，变形破坏范围大，程度深，有的地方开裂变形超过了1m，局部出现了坍塌，给矿山安全生产造成了较大隐患。

1 东南部采场滑坡原因分析

1．1 东南部采场边坡地质概况

采场东南部边坡地质岩组类型从上往下依次是第四系、风化英安岩、半风化英安岩、凝灰岩、V2矿、流纹岩（如图1）。第四系厚度20～80m，为残坡积层，褐黄色、暗红色。由黏土质夹流纹岩碎块残坡积组成，碎块岩石中不能见石英斑晶。英安岩常与流纹岩、粗面岩和安山岩等共生，组成巨厚的火山岩系。英安岩岩石致密坚硬，具有较好的抗压强度，容易风化。从现场观察，风化后的英安岩呈紫色，半风化的岩石介于紫色与灰色之间，其节理裂隙发育程度较风化后的英安岩低，力学强度也好。凝灰岩岩层产状总体平缓，倾角0°～22°，个别达到40°，岩体松软，极易风化、水化，且局部围岩绿帘石化、绿泥石化很强，极不稳固，对边坡稳定性起控制作用。V2矿体分布在次火山岩（流纹岩）顶部角砾岩中，呈饼状透镜状，形态基本规整，产状总体平缓，连续分布。矿石为浸染状、细脉浸染状构造，黄铜矿粒度明显较V1矿体粗大，矿石中热液交代现象明显。具有较高的力学强度。最下部为流纹岩，灰白色或浅粉红色。常见有流纹构造和斑状结构、玻璃质结构、球粒结构、霏细结构、显微文象结构等。斑晶常为石英、碱性长石，有时有少量斜长石；基质一般为致密的隐晶质或玻璃质。流纹岩岩石被硅质胶结，硅化强，岩石坚硬，抗剪抗压强度高，节理裂隙不发育，风化程度低。岩石完整性较好，利于边坡稳定。

上盘英安岩段断层较发育，有两个较大的纵断层和较多的小断层，其中一个纵断层位置及走向与凝灰岩一致，走向N40°W，倾向NE，倾角58°，标高1 130～1 180m，错断凝灰岩50m［1］。另一个纵断层走向N50°W，倾向SW，倾角52°，两断层之间滑坡体约341万m3。

1．2 滑坡体结构面概况

图1 东南部边坡剖面示意图Fig．1 Sketch of the southeast slope profile

地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度相对较小的地质界面或带称为结构面，包括层面、不整合面、节理面、断层、片理面等。受这些结构面交切，使岩体形成一种独特的割裂结构，对外力呈现出各向异性，岩体中存在原岩应力，结构面可能形成不连续面，易发生应力集中。随着结构面间黏聚力的减弱，抗摩擦强度在水的作用下降低较大。因此，岩体完整性、强度、稳定性及爆破块度主要受岩体中节理裂隙分布规律及其特征的影响。

本次采用详细测线法调查东南部滑坡体结构面，对于受现场条件限制（1 250m以上）不适用详细测线法的平台，采用选取有代表性的结构面进行测量统计，如表1所示。

表1 滑坡体节理裂隙调查统计表Table 1 Joints and fractures of landslides

通过现场对结构面的调查和测绘，采用极点等密图法进行结构面的统计分析，东南部边坡不同岩性优势节理组及其产状范围见表2。

表2 大平掌铜矿边坡优势节理统计表Table 2 Advantage joints in the slopes of Dapingzhang open pit copper mine

1．3 钻孔RQD值调查分析

采用钻孔时取得岩芯的完整程度确定岩石质量指标RQD［2］：

式中：li—所取岩芯大于10cm长度的岩芯段长度，m；Lt—钻进岩芯的总长度，m。

根据RQD值分析东南部边坡不同岩石性质完整性见表3。

1．4 岩石力学参数综合采用值

参考之前一些大平掌铜矿边坡岩石力学参数的实验研究成果［3－5］，并结合东南部边坡现状及滑坡体参数的分析结果，采用工程类比的方式及工程处理，确定岩石力学参数如表4所示。

表3 岩石质量等级表Table 3 Rock mass rating of southeast slope

表4 东南部边坡岩石力学参数Table 4 Rock mechanics parameters of southeast slope

1．5 滑坡原因分析

造成大平掌铜矿边坡滑坡的原因主要有两点：1）开采至1 100m水平后，凝灰岩被切断，而凝灰岩本身物理力学性质较差，属于软弱层，其上部的英安岩顺着凝灰岩发生滑动和变形，导致牵引型滑坡；2）上部土层边坡角较大，造成较大的边坡下滑力（推移式滑动）。

2 东南部采场滑坡体处置方法

2．1 滑坡体断层模型与滑带参数反演

1）滑坡体断层模型

通过对两条较大纵断层分析，推断出两组断层剪切面的相交线，采用MicroMine软件建立滑坡体断层模型［6］，如图2所示。

2）滑带参数反演

东南部边坡滑坡体现处于整体暂时稳定状态，根据相关规定［7］，安全系数取1．05，结合推断断层剪切面相交线对滑坡主轴方向取剖面A－A′（见图3）进行边坡岩土体参数反演分析。根据凝灰岩产状和裂缝位置确定滑面位置，计算结果见表5，滑面与开采现状及原露天境界设计的关系如图3所示。

2．2 东南部边坡滑坡体处置方案

根据大平掌铜矿东南部滑坡区地形地貌，滑动区域特征，为便于今后采矿工作的可持续性，制定了3种削坡减载方案治理滑坡。各方案削坡的最低标高1 200m，如表6所示。

图2 滑坡体断层模型Fig．2 Fault model of the landslide

表5 反演结果表Table 5 The inversion results

2．3 滑坡体处置方案比较分析

图3 滑坡体剖面位置图Fig．3 Sketch of landslide profile

边坡稳定性影响因素有很多，比如岩体的物理力学性质、边坡形态结构、地质构造、水文地质条件、外力作用（包括地震和爆破）、气候条件和风化作用等。以上这些因素能进行量化的有：1）岩体物理力学性质；2）边坡形态结构（台阶高度、台阶坡面角、平台宽度和最终边坡角）；3）地震（7°、8°和9°）。采用“敏感分析法”［8］和“正交试验设计”［9］对边坡形态结构（台阶高度、平台宽度和台阶坡面角）和地震进行敏感性分析研究，确定最优处置方案。实验采用最终边坡角为横坐标，安全系数为纵坐标，建立坐标网，如图5、6所示，图中一个点代表一个实验结果。

图4 滑面与现状边坡及原设计境界关系图Fig．4 Relationships of landslide surface，current slope and the original ambit

表6 滑坡体处置方案Table 6 Disposal solutions to landslides

图5 最终边坡角与安全系数关系图（不考虑地震）Fig．5 Relationship between final slope angle and the safety factor diagram （without regard to earthquakes）

从图5和图6可以看出，安全系数与最终边坡角呈线性关系，随着最终边坡角的增大，安全系数降低。根据正交实验结果分析，上述三个方案边坡稳定性计算结果如表7所示。

图6 最终边坡角与安全系数关系图（地震烈度8°）Fig．6 Relationship between final slope angle and the safety factor diagram（seismic intensity of 8°）

分析结果表明，最小安全系数的潜滑面主要存在于1 200m标高以上滑坡体中，1 200m标高以下，边坡局部虽有失稳的可能，但开采到最终境界后整体稳定。从安全角度来讲，在不考虑地震的情况下，方案A、B、C都是可行的。当考虑8°地震时，只有方案B基本可行，但是剥离量及征地面积与方案A相比有所增加。综合考虑本矿山所处地理位置、地震记录及矿山生产经营的需要，决定采用方案B对大平掌矿东南部滑坡体进行治理。

表7 边坡稳定性计算结果Table 7 Calculation results of slope stability

2．4 滑坡体处置实施效果

根据最优方案B所确定的参数，削坡减载后剖面见图7。

图7 最优方案的剖面图Fig．7 Profile of the optimal solution

从图7可以看出，山体中的凝灰岩产状倾角较小或呈反倾状，相对来说，对边坡稳定性影响较小，边坡卸载以后，减小了下滑力，边坡稳定性提高。现状边坡所处位置下部凝灰岩倾角较大，呈顺坡，上部边坡角较大，下滑力较大，造成边坡失稳。在今后采矿过程中，需对凝灰岩上部边坡进行放缓处理，减小下滑力，提高边坡稳定性。

3 结论

1）采场东南部边坡出现的破坏为滑坡破坏，从滑坡的各种现象分析认为，该滑坡应引起高度重视。

2）从力学机理看，该滑坡属于混合式滑坡，主要是由于开采至1 100m平台后，本身物理力学性质较差，属于软弱层的凝灰岩被切断，其上部的英安岩顺着凝灰岩发生滑动和变形，导致牵引型滑坡。此外上部土层边坡角较大，造成较大的边坡下滑力（推移式滑动）。在上述两种作用机制下造成该边坡失稳破坏，产生滑坡。

3）滑坡体目前处于稳定状态，由于凝灰岩厚度小且薄，岩层倾角为缓倾斜，在上部巨大下滑力作用下，该滑动层位被挤压形成上部风化英安岩与流纹岩接触，滑坡体处于相对稳定状态，但上部土层在雨水及重力作用下，会进一步发生变形和破坏，进而对下部边坡的稳定造成影响，所以应尽快进行边坡治理。

4）雨水渗透、人为坡脚开挖以及大爆破等因数对边坡稳定性起很大作用，在施工过程中须完善防排水系统、加强技术管理、控制药量或采取光面爆破等措施减小对边坡的破坏。

5）采用削坡减载方案对滑坡进行治理，削坡最低标高为1 200m，具体台阶结构参数如下：台阶高度10m，台阶坡面角40°，平台宽度8m，最终边坡角25．3°。

6）根据采场设计、现状及国家规范的要求，东南边坡滑坡范围内布置15～20个监测点，雨季观测周期为一天一次，旱季观测周期为一星期一次。监测内容包括滑坡范围内的平面位移监测及沉降监测、裂缝观测、采坑涌水监测。为了确保上部作业和采坑作业的安全，须重点加强对1 100m水平、1 150 m水平、1 275m水平和坑底涌水点的监测。

［1］ 任志丹，吕力行．某露天铜矿采场滑坡因素分析及治理方案［J］．价值工程，2014（2）：33－34．

［2］ 刘佑荣，唐辉明．岩体力学［M］．北京：化学工业出版社，2010．

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［5］ 吴玉兰．老厂锡矿13－2－3～#矿体回采顺序优化研究［D］．昆明：昆明理工大学，2006．

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［7］ 中国人民共和国国土资源部．DZ／T 0218－2006滑坡防治工程勘查规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2006．

［8］ 孙栋梁，杨春燕，侯克鹏．基于正交设计的边坡稳定性影响因素敏感性分析［J］．昆明冶金高等专科学校学报，2005（5）：10－13．

［9］ 夏元友，熊海丰．边坡稳定性影响因素敏感性人工神经网络分析［J］．岩石力学与工程学报，2004，23（16）：2703－2707．