露天采石场危险边坡预测评估实例分析

罗 鹏 卢薇艳

(深圳市地质局，广东 深圳 518023)

引言

根据《矿山地质环境保护规定》(国土资源部令第44号)的要求，为保护矿山地质环境，减少矿产资源勘查开采活动造成的矿山地质环境破坏，促进矿产资源的合理开发利用和经济社会、资源环境的协调发展，应当编制《矿山地质环境保护与治理恢复方案》。《矿山地质环境保护与治理恢复方案编制规范》(DZ/T223—2009)的精度和方法要求:一级评估应定量——半定量地做出矿山地质环境影响程度现状评估、预测评估和综合评估，二级评估应半定量——定性地做出矿山地质环境影响程度现状评估、预测评估和综合评估。

1.矿山基本情况

1.1 地理位置。矿区位于广东省云浮市云安县城区287°方向，直距7km处，行政区划隶属云安县六都镇管辖。矿区至西江林场大木岭队有1.0km简易乡村公路，矿区至云安县城码头运距为10km，距西江河边直线距离为3.5km。

1.2 矿权设置及生产规模。矿山企业于2011年首次取得采矿许可证，矿区面积为17.3hm2，开采深度为+341m～+150m，并将矿山生产规模扩大到20万m3/a。

1.3 矿区开采现状。矿区长时间开采活动形成了7个边坡高度15～20m的开采台阶，开采台阶平台宽度6m～55m(为现第一层台阶的工作平台)，开采最大标高达到+330m，最低标高达到+143.67m，开采边坡最大高差达到186.33m，开采坡面边坡角70～80°。矿区东部边界80m处构筑有破碎场地，包括2条生产线及配套设施，场地周边形成人工开挖边坡，边坡最高达到10m，边坡角70～80°。矿区东北部28m处设置了排土场，分台阶进行规范堆放矿山剥离物，形成了4层的排土台阶，最高处+282.77m，排土台阶平台平均宽度6.5m，排土边坡坡角30～40°，排土场边坡现状稳定。排土场下游构筑有挡土坝，挡土坝为土质坝体，坝体完整，基本稳定。矿区的矿山工程间通过矿山道路相连通，现有矿山道路已通往+315m水平左右，道路平均宽4m，矿山道路的构筑形成了道路边坡，边坡高6m，边坡坡度60～70°。矿区现状边坡稳定，未发生地质灾害。

2.地质环境背景

2.1 地形地貌。矿区及周边属丘陵地貌，微地貌类型单一 (丘陵)，区内总体趋势是矿区所在范围高周边低。区内标高最高+341m，最低+72m，最大相对高差269m，区内原始地形坡度25～40°，地形起伏变化大。

2.2 地层。矿区区域上出露地层主要有奥陶系下统回龙群 (O1hl)、奥陶系中统缩尾岭群 (O2sw)、泥盆系上统天子岭组 (D3t)、泥盆系上统帽子峰组 (D3m)、石炭系下统岩关阶 (C1y)、上三叠－下侏罗统小坪群、侏罗系中上统百足山群 (J2－3bz)和第四系全新统 (Qdl+el4)。

评估区出露的地层有奥陶系上统三尖群 (O3sn)为开采矿体所在地层，岩性为变质石英砂岩夹绢云母石英砂岩，呈中、厚层状;分布矿区全部，地层产状为300°～328°∠31°～35°，典型产状为315°∠34°，该地层厚大于200m。第四系全新统 (Q4):广泛分布于区内，覆盖于三尖群之上，岩性主要为粉质粘土及粉土，厚度5～10m。

2.3地质构造。评估区处于加益～宋桂～四会断裂带中段的云安县六都段西侧，大绀山旋转构造外带北侧，区内褶皱、断裂构造不发育。根据前期地质资料及现场调查，基岩主要发育有两组节理:第一组产状为36～45°∠60～80°，平均为40°∠70°;另一组为125 ～129°∠32 ～55°，平均为126°∠40°，以剪节理为主呈楔形，裂隙上部呈开口状被第四系充填。

2.4水文地质。评估区地下水分为松散岩类孔隙水、层状基岩裂隙水。经计算，露天采场开采中日正常汇 (涌)水量为2623.08m3/d。矿区的地下水类型简单，露天采场汇(涌)水与地表水水力联系较密切。矿体位于最低侵蚀基准面标高及开采境界周边地表标高之上，不需要抽排水、疏干，对矿山开采的影响较轻。

2.5工程地质。区内覆盖层 (第四系和强风化)总体呈硬塑－坚硬土状，干强度中等，韧性中等，厚度较大 (5m～10m)，遇水易软化、崩解，故形成的边坡自稳能力较差。基岩为微 (未)风化石英砂岩，分布连续，坚硬，透水性弱，岩体风化裂隙稍发育，岩体完整程度为较完整。

3.选取的评估方法概述

3.1 土质边坡评估分析方法。土质边坡土体 (粉质粘土为主)，利用同济启明星边坡稳定性评估计算软件SLOPE1.0，采用“总应力”模式下的瑞典圆弧公式迭代法对在开采过程中及终了土质边坡稳定性的安全系数Fs进行计算如公式3－1:

公式中:W为土体容重，φ为内摩擦角，c为内聚力，l为坡长，β为土坡倾角。

根据判别指标:当计算的安全系数Fs＞1.3，边坡的稳定性为稳定;当安全系数1≤Fs≤1.3时，边坡的稳定性为较稳定;当安全系数Fs＜1时，边坡的稳定性为不稳定。

边坡稳定性计算的岩土参数的确定按《储量核实报告》的钻探取样资料及地区经验结合取值。边坡稳定性时按正常和暴雨两种工况分别计算:

工况1:一般状态下采用正常参数值进行计算。

工况2:雨季岩土体可能吸水饱和，由于边坡在雨季遇持续强降雨的情况下，坡体可能吸水饱和，因此雨季状态考虑边坡坡体为饱和状态。

3.2 岩质边坡评估分析方法。利用理正岩土工程软件，采用极射赤平投影法 (吴氏投影网)对在开采过程中及终了岩质边坡稳定性的安全系数Fs进行计算，见公式3－2。

公式中:Ψa为结构面a的倾角，φa为结构面a的内摩擦角，Ψb为结构面b的倾角，φb为结构面b的内摩擦角，Ψ5为结构面a和结构面b的交线倾角。

根据《地灾评估细则》中的判别指标:当计算的安全系数Fs＞1.3，边坡的稳定性为稳定;当安全系数1≤Fs≤1.3时，边坡的稳定性为较稳定;当安全系数1＞Fs时，边坡的稳定性为不稳定。

4.实例分析

矿区内因开采工程建设形成的边坡较多，本文选取矿山地质环境影响严重的排土场边坡BP1进行实例分析。在评估区的开采境界内，从开采至结束时，形成3段最大高度为191m的混合质边坡。其中位于露天采场北侧的边坡编号为BP1，从上至下为5.2m厚的粉质粘土与16.5m的风化石英砂岩及矿体;边坡整体坡长503m，边坡坡高达191m;边坡整体坡向137°，与地层整体 (矿体倾向315°)呈斜交状态，地层与BP1边坡坡向大角度相交，故BP1坡体结构为斜向坡。BP1边坡特征详见表4－1。

表4－1 BP1边坡特征表

4.1土质边坡分析。经稳定性的定量计算:天然状态下，BP1边坡的最小滑动安全系数Fs为1.76，边坡稳定性安全系数:Fs＞1.3，故在天然状态下，边坡稳定安全系数基本能满足要求，该边坡处于稳定状态;在土体在饱水条件下，边坡土体容重增加，强度降低，计算得出BP1边坡在饱和状态下(强降雨)，BP1边坡的最小滑动安全系数Fs为1.28，边坡稳定性安全系数:1≤Fs≤1.3，故在饱和状态下，边坡稳定安全系数基本能满足要求。

表4－2 BP1土质边坡稳定性计算结果表

4.2岩质边坡分析。经对岩质边坡稳定性计算:从图4－3分析BP1岩质边坡的稳定性，其中节理2与流面产状的交点位于主体边坡内，说明其结构面组合交线倾向与坡面倾向一致，另2条节理组合对边坡共同切割后形成的楔形体稳定性较差，为不利于边坡稳定的结构。因此，节理对北侧主体边坡的稳定性影响较大，岩块具备沿节理与流面产状组合面产生滑移破坏的条件，评价BP1岩质边坡稳定性较差。

通过分析，该露天采场BP1边坡为斜交地层边坡，边坡高度达到191m，经边坡稳定性定量计算，土质边坡在天然状态及降雨条件下处于较稳定状态，岩质边坡由于软弱结构面处于不稳定状态，故预测在强降雨条件下，露天采场在进行采矿活动 (爆破)时，该段边坡失稳可能性大，进而BP1边坡所处位置诱发崩塌/滑坡的可能性大。

5.结语

本文通过对矿山地质环境与治理恢复方案编制过程中危险性边坡预测评估，选取典型的土质岩、质边坡稳定性分析方法进行实例分析与评价，根据定量的计算结果达到危险性边坡稳定性的预测，对该类型矿山的地质环境保护与治理恢复工作中危险性边坡预测评估工作具有一定的实际意义。