大宝山边坡治理实例分析

陈光木，黄春福

(广东省大宝山矿业有限公司， 广东韶关市 512127)

0 工程概况

大宝山矿露天采矿区占地面积约3.5 km2，地处广东省韶关市曲江区沙溪镇，其中铜矿临时边坡位于矿区北侧33～51勘探线范围，边坡高30～120 m，为台阶形，坡体曾经因民窿采空区塌陷，造成临时边坡局部地段出现变形开裂现象。为保证矿山开采的生产安全，对该矿露天采场临时边坡的稳定性进行了分析，并研究了边坡治理方案。研究表明，铜矿露天采场临时边坡地段的岩土体可划分为松散土体岩组、软质岩组及较硬～硬质岩组3个工程地质岩组(见表1)。

表1 临时边坡地段工程地质岩组划分

1 边坡的空间分布特征

矿区露天采场边坡位于漏刀山东侧，坡向为NEE向，走向为NNW向，延伸长度约2 km。根据统计大宝山的边坡形态大致可分为5个坡段(见表2)。

由于边坡受到长期风化剥蚀及采空区塌陷的影响，坡面的完整性受到一定的破坏，台阶面因崩塌、开裂变形等变得宽窄不一，局部地段的台阶因崩塌而破坏，岩石因变形开裂而松动，边坡表面分布大量的松散块、碎石。

2 边坡的变形破坏特征

2.1 崩塌

(1)BT1崩塌。在临时边坡37线附近，因为边坡高度较大，坡度较陡，坡顶岩土体风化及卸荷变形的影响，在降雨、震动及人工开挖因素的作用下失稳崩塌。

(2)BT2崩塌。在45～47线间临时边坡地段，720～760 m标高段的临时边坡720～760 m标高有4级台阶，由于台阶坡面角较陡，边坡岩体裂隙发育，表层岩土体受岩体的节理裂隙面控制，在拉张卸荷及采空区变形的作用下，形成岩石分离块体，在降雨、振动等因素的诱发下，发生崩塌。

2.2 滑坡

露天采场临时边坡地段滑坡位于矿区35勘探线附近(HP1)，滑坡地段的临时边坡高度40～45 m，坡向80°，坡度约50°。由于边坡坡度较大，其破坏以崩滑方式向下滑动，滑坡体垂直位移较大，滑动后滑坡岩土体完全解体并脱离坡体，使滑床露出地表，从滑床上可见滑坡下滑的擦痕;滑坡体解体后成为块、碎石土，呈倒石锥状堆积于坡脚，目前大部分已被清除(见图1)。

3 边坡变形破坏主要影响因素分析

大宝山铜矿露天采场西侧边坡出现崩塌和地面塌陷现象，是地质构造、边坡岩土体特征、边坡空间形态特征、地表水的渗透作用及人类工程活动等多种影响因素相互作用的结果。

3.1 地质构造

表2 铜矿露天采场临时边坡分段形态特征

矿山位于雪山嶂背斜的东北倾末端。基底加里东构造层寒武系形成强烈的紧闭褶皱，导致形成大宝山不对称向斜构造。盖层由泥盆系等地层组成，受印支、燕山等多期构造运动的影响，其褶皱、断裂构造较发育，断裂构造属北东向官坪大断裂的次级构造。临时边坡地段构造形迹复杂，受地质构造的影响，岩性变化大，岩体裂隙发育，复杂的地质构造是形成边坡变形的主要因素之一。

图1 HP1全貌

3.2 岩体物理力学性质

矿区铜矿露天采场临时边坡由成分复杂的岩石和矿体组成，主要出露有页岩、硫矿石、硫表矿、硅化石英砂岩、硅质灰岩、微粒灰岩、黄铜矿、磁黄铁矿、铅锌矿等，以坚硬岩石为主，局部夹有页岩等软岩。各种岩、矿体的性质变化较大，物理力学性质各异，空间分布不稳定，导致边坡物质组成不均匀，使不同地段的边坡稳定状态不同。

3.3 水文地质

水对临时边坡存在复杂的物理化学作用，由于大宝山矿区铜矿临时边坡地带岩体及矿体中含硫量较高，在长期的风化、氧化、降水淋滤作用下，其地下水及地表水的水化学溶解性和潜蚀能力大大加强，使边坡岩体的风化和破坏进程加快。

3.4 边坡空间几何形态

边坡平面形状、高度、坡度等空间几何形态特征可影响边坡岩土体内的应力状态，平面上外凸的边坡，由于岩体鼓出，两侧易受水平拉应力的作用，所以稳定性差;对于凹形坡，由于边坡岩体表面处于二向受压状态，稳定性较好。临时边坡高度在30～123 m，总体坡度在40°～45°之间，坡体采用分级开挖形成，对边坡稳定性可起到良好的控制作用。

3.5 人类工程活动

铜矿露天采场临时边坡在采矿开挖过程中，爆破产生的冲击和震动都可引起边坡岩体应力的瞬时变化，从而影响边坡的稳定性。由于该铜矿临时边坡开挖中多年的采掘爆破，使岩体产生疲劳效应，边坡岩体的稳定性降低。在边坡面附近，爆破的后冲作用在边坡上产生龟裂带，在坡体表面产生裂隙，由于每个台阶面或多或少地受到这一影响，对整个边坡来说客观上存在一定的爆破松动带，其深度范围受爆破方式和强度的影响。这一松动带的存在，是导致临时边坡表部岩体发生崩塌和滑坡的重要原因之一。

4 铜矿露天采场临时边坡治理方案

根据大宝山矿区铜矿露天采场临时边坡形态特征，物质组成及物理力学性质，变形破坏特征及稳定状态，结合矿山开采方案，考虑如下几种治理措施。

(1)临时边坡变形岩土体整体削除方案。该方案采用削除临时边坡体上崩塌、滑坡及采空区塌落、沉降、开裂松动等形成的松动岩土体的方式对临时边坡进行治理，削方范围为37线以北，51线以南，东至临时边坡坡脚，西至铁矿采场边坡坡脚，面积约9.3万m3，削除岩土体高度30～123 m，总方量850万m3，预估该方案治理费用为40800万元。

该方案基本上将整个铜矿露天采场临时边坡全部清除，完全消除了现有铜矿露天采场临时边坡的危害，但削除现有边坡后，在其后缘将形成规模及高度更大的边坡，并可能与铁矿露天采场边坡相接，从而对铁矿露天采场边坡的稳定性产生影响;同时该方案实施需清除850多万m3的岩土体，工程量巨大，施工周期可能达数年之久;投入的人力、物力、机械设备多，费用高，施工期间可能出现新的安全问题;工程施工需弃置大量的余土，对环境影响大。

(2)临时边坡全坡面削坡+修整护坡方案。该方案对露天采场临时边坡31线以北、51线以南的地段，从标高700 m以上的坡面按台阶高度10 m、台阶坡面角45°、安全平台及清扫平台宽度均为10 m进行分级削坡，共分为6～8个台阶，形成最终边坡角约27°。在各台阶坡面上设置排水沟，台阶面间设跌水沟，以截排坡面降水，防止对边坡的冲蚀，以保证坡面的稳定，该方案共清除土石方约150万m3，修建设排水沟约2500 m，削坡土方均需外运，预估治理费用7206万元。

该方案对整个铜矿露天采场临时边坡坡面采取了工程措施，减缓了边坡的台阶坡面角，增加了台阶宽度，使临时边坡最终边坡角小于30°，从而增加边坡稳定性，削坡后其后缘不形成新的高陡边坡，由于台阶坡面角较缓、台阶宽度较大，有利于施工的展开，施工安全易保证。该方案施工工期需2～3年，同时，产生大量的弃土、弃渣，对环境影响较大;同时未与矿山生产现状相结合，由于坡脚无重要的生产设备和设施，投入大量的资金将边坡的稳定性和安全性大幅提高，其投入产出效益低，经济效益差。

(3)临时边坡重点地段局部削坡+修整护坡方案。该方案结合边坡稳定性情况、矿山开采情况及安全生产实际、边坡变形破坏特征进行布置。由于临时边坡地带铜矿不再进行露天开采，坡脚人员及生产活动较少，对边坡南、北两端较稳定的边坡面采取清除坡面松散危石、修整边坡台阶及平台的措施;对边坡中段采空区塌陷形成的缺口地段的边坡采取重新修整，改变边坡的平面形态使坡面呈弧形，以调整边坡的应力状态，增加边坡的稳定性;700 m高程以上边坡按10 m高台阶削坡，台阶坡面角45°，两端与原边坡相接地段坡度逐渐过渡衔接，安全平台及清扫平台宽度为10 m，与原边坡平台接合部位宽度渐变相接;对39～41线间的塌陷严重变形区，增加标高740 m、750 m的平台宽度至40 m，以削除临时边坡塌陷缺口地段及两侧坡面的松散危石，同时兼顾治理边坡南侧崩塌及滑坡，在临时边坡坡脚设置缓冲平台。对标高700 m及以下的边坡平台采取局部修整及回填，贯通700，690，680 m平台，形成完整的阶段边坡及台阶，设计台阶高度10 m，台阶坡面角填方区为40°，清方区为45°，台阶宽度不小于15 m。各台阶面上设置排水沟，台阶面间设跌水沟，以截排坡面降水，防止对边坡的冲蚀，以保证坡面的稳定，该方案需清除土石方约53万m3，其中回填土石方约15万m3，外运土石方约38万m3，修排水沟约2500 m，预估治理工程费用为2536万元。

该方案结合了铜矿临时边坡整体处于稳定状态和边坡局部可能产生小规模崩塌、滑坡的特点，且坡脚没有矿山的生产活动，无重要的生产设备和设施，有针对性地对临时边坡变形破坏严重的地段进行治理。通过修整和加固坡面，清除临时边坡体上的松散危石，加宽和连通坡脚平台，增加边坡的稳定性，设置了边坡崩塌、滑坡的缓冲区，提高了边坡的安全性。该方案治理工程在1 a内可能完成，其施工其期相对较短、见效快，投入的人力、物力及机械设备相对较小，治理费用相对较低，弃土弃方量较小，对环境影响小。

(4)设置安全禁区方案。该方案针对铜矿露天采场边坡目前无矿山开采活动的特点，将临时边坡地带设为安全禁区，将临时边坡变形破坏范围及边坡失稳变形可能影响的地段列入禁区，并在禁区外围设置铁丝网进行封闭，严禁无关人员进入。设置范围北起51线、南到312线，东至临时边坡坡脚，西至铁矿采场北端坡脚，总面积约12.5万m2，设置铁丝网长度约1700 m，预估治理费用约90万元。

该方案投入的人力、物力少，见效快，不产生弃土弃渣，对环境影响小，但其采取的是一种被动和回避的方式处理铜矿露天采场临时边坡的安全问题，未对边坡的稳定性和安全性有任何的改善，导致边坡安全问题将长期存在，对矿山今后的发展不利。

综上所述可见，方案一工程量巨大，施工周期长，费用投入高，对环境影响大，产生新的边坡安全问题，在该铜矿露天采场临时边坡治理中不宜选用，可结合今后矿产资源开发情况，逐步进行实施;方案四虽然投入少，对环境影响小，但是以牺牲临时边坡稳定安全及矿山的长远发展为代价，也不宜采用;方案二安全性较高，但坡脚没有矿山生产活动，无重要的设施和设备，其投入的工程量大，费用高，施工周期长，对环境影响较大，综合效益较差;方案三充分考虑了大宝山矿区铜矿临时边坡整体处于稳定状态，边坡下无重要的设施和设备，无人员的特点，重点解决边坡表面的局部变形破坏问题，可保证边坡的安全;同时其工程量相对较小，施工周期较短，可在1 a内完成，综合比较该方案的社会效益、环境效益、经济效益等指标较其它方案高，因此，推荐采用方案三临时边坡重点地段局部削坡+修整护坡方案对大宝山矿区铜矿露天采场进行临时边坡治理。

5 结论

根据岩土体的性质、结构及其坚硬程度，分析边坡的破坏特征、边坡的破坏方式以及产生破坏的原因。在此基础上，根据大宝山矿区铜矿露天采场临时边坡形态特征，物质组成及物理力学性质，变形破坏特征及稳定状态，结合矿山开采利用方案，提出了可选的4种边坡治理方案，经过对安全性、社会效益、环境效益、经济效益及施工工期等多因素比选后，推荐采用方案三临时边坡重点地段局部削坡+修整护坡方案进行大宝山矿区铜矿露天采场临时边坡治理。

［1］深圳地质建设工程公司.广东省大宝山矿区铜矿露天采场临时边坡稳定性分析及治理方案研究报告［R］.2006.

［2］手册编写组.采矿设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1987.

［3］孙玉科.中国露天边坡稳定性研究［M］.北京:中国科学技术出版社，1999.

［4］王恭先，徐峻岭，等.滑坡学及滑坡防治［M］.北京:中国铁道出版社，2003.

［5］徐邦栋.滑坡分析与防治［M］.北京:中国铁道出版社，2002.