司家营铁矿采场西帮边坡治理方案

杨　威　张云鹏

(1.华北理工大学矿业工程学院；2.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)



司家营铁矿采场西帮边坡治理方案

杨威1,2张云鹏1

(1.华北理工大学矿业工程学院；2.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)

摘要为确保司家营铁矿正常生产和人员设备安全，应用Geo-slope软件，对该矿一期采场西帮线特厚冲积层边坡滑坡进行了反演分析，采用圆弧滑动法进行了验算，得到了边坡土体的力学参数。通过对边坡进行稳定性分析评价，制定了削坡和坡脚土钉加固的2种边坡治理方案，经对比分析，认为土钉施工稳定边坡岩体方案不影响坑底最终境界位置，避免高压线塔和电线杆的移设，有助于确保该矿西帮边坡的稳定。

关键词边坡滑坡力学参数边坡治理Geo-slope软件圆弧滑动法

目前，司家营铁矿已进入深部开采阶段，由于矿区工程地质条件复杂，加之矿山频繁的生产爆破振动，致使边帮岩体多处出现张裂、滑塌，采场西帮边坡也出现了局部滑塌。滑体的存在使得下方台阶无法按设计靠界并段，阻碍了矿山生产的正常进行，严重影响了矿山的生产能力，制约了矿山的持续稳定生产。为确保矿山正常生产和人员设备的安全，有必要对边坡的稳定性进行分析，并根据分析结果对失稳变形或潜在变形的区段提出相应的治理方案。

1研究区域概况

司家营铁矿采场西帮边坡第四系土层厚度较大，为51～68 m，主要由粉土、粉砂、黏性土和强风化石英砂岩、页岩等组成，边坡土层含水层富水性强，边坡角变化较大，土层底板在有水渗流侵蚀的条件下，易发生失稳破坏[1]。对西帮边坡进行勘查得知，钻孔稳定水位埋深31.00～34.00 m，水位高程-12.75～-9.62 m，该区地下水补给来源主要为大气降水和侧向径流补给。

1.1滑坡概况及失稳机理

图线滑坡示意

1.2滑坡反演结果

应用Geo-Slope软件对边坡滑坡进行了反演分析(设定稳定系数为1.0)，按照圆弧滑动法进行验算，得到边坡土体的力学参数[3]。反演边坡破坏模式见图2，计算得到边坡滑坡反演计算参数，亚砂土容量为20.9 kN/m3，凝聚力为9.5 kPa，摩擦角为18°。根据研山东帮第四系粉土层的力学试验结果，该层土的凝聚力为20 kPa，摩擦角为20°，经长期地下水的侵蚀弱化，当凝聚力为9.9 kPa、摩擦角为18°时，发生失稳破坏[4-7]。

图线边坡模型滑坡模式Geo-Slope反演结果

1.3滑坡治理的必要性

图线剖面(坡角40°)

图4　冲积层厚度剖面

2.1方案一(削坡工程)

由于西帮地面架设有环形供电线路和高压线塔，扩帮后将有9个环形供电线路的线杆位于新坡肩位置内侧，需移设。同时，扩帮后将有3个高压线塔距新坡肩较近，其中编号为GY20-23的高压线塔与扩帮边坡肩的最短距离仅为2 m，为确保该线塔安全，宜移设。但鉴于单个线塔的移动不但费用大，而且会影响到临近线塔受力的平衡与稳定，还会使二期选厂的供电间断，因此，根据现场勘查与经济核算结果，采取了加固措施来避免移动线塔；编号为GY16-18、GY34-36的2个高压线塔距坡肩13～20 m，也需采取局部重点加固措施。设计需要移动的9个电线杆统计结果以及设计需要重点加固的3个高压线塔的相关统计结果分别见表2、表3。

图勘探线剖面

图勘探线剖面

图勘探线剖面

图勘探线剖面

图勘探线剖面

表1　各剖面扩帮清理土方量

注：各面按35°的台阶坡度向西扩帮20 m清理形成1个段高12 m 的台阶。

表2　设计需要移动的电线杆统计数据

表3　设计需要重点加固的高压线塔相关数据

2.2方案二(坡脚土钉加固)

为防止滑坡，可在清理台阶下部边坡坡脚处进行土钉加固，打入基岩，从而提高边坡稳定性。土钉作用机理：①箍束骨架作用，这是由土钉自身的刚度、强度及其在土体内分布的空间组合方式决定的，具有约束土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体；②分担作用，在复合土体内，土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起着分担作用，土钉分担的比例取决于土钉与土体的相对刚度比、土钉所处的空间位置及复合土体的应力水平；③应力传递与扩散作用，在相同荷载作用下，土钉墙土体部分的应变水平较素土边坡低，从而推迟了开裂域的形成和发展[8]。土钉施工位置如图10～图15所示，新增钻孔位置及深度如表4所示。

图线土钉位置示意

图线土钉位置示意

图线土钉位置示意

图线土钉位置示意

方案二中，每个剖面5个土钉，其中坡脚上部坡面2个，平台3个，各自相邻2 m，相隔2 m再打1排土钉，400 m宽度需1 005个土钉，每个土钉长 30 m，共需打30 150 m土钉。

图线土钉位置示意

新增钻孔编号坐标/mXYZ钻孔深度/mN#10-1392315343566N#11-1392301313155N#12-1392287323254N#13-1392271313253N#14-1392236313171

方案一由于地面存在的高压线塔无法移设，仅能采取土坡缓坡和加固的方案，由于放缓土坡将影响坑底最终境界位置，因此，相对于方案一而言，方案二可行性较高。从西帮边坡稳定性角度分析，作为土钉加固方案的配套和前期工程，仍需采取的配套防护措施包括：①护坡工程，防止坡表被降雨冲刷；②基岩顶板需施工水平放水孔工程，疏干地下水；③边坡监测工程；④地表防渗工程，此外，土坡尽快按设计境界靠帮到界。

3结语

(3)考虑到地面存在的高压线杆，为不影响坑底最终境界位置，确定采用土钉施工稳定边坡岩体方案进行边坡治理，该方案在土坡下部坡面和平台处打入土钉，深入基岩，从而提高了边坡岩体的稳定性，可最大限度地保持现状边坡稳定，避免高压线塔和电线杆的移设。此外，该方案实施时，需在土岩接触带施工水平放水孔，以疏干地下水，此外，还应确保土坡尽快按设计境界靠帮到界。

参考文献

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[2]宋爱东，郭献章，高瑞永.司家营露天矿边坡滑坡原因及处理措施研究[J].金属矿山，2012(12)：24-27.

[3]邓文学，杨天鸿，南世卿，等.司家营铁矿东帮边坡岩体力学参数确定及稳定性分析[J].金属矿山，2016(3)：15-19.

[4]金爱兵，孙金海，吴顺川.露天矿深部开采边坡稳定性分析与治理方案研究[J].金属矿山，2005(6)：5-8.

[5]贾住平，郑禄璟，郑禄林.露天边坡大型滑坡稳定性分析与治理方案[J].金属矿山，2014(5)：27-31.

[6]申国强.复杂地质条件下高边坡稳定性分析与治理方案研究[D].西安：西安建筑科技大学，2014.

[7]王楠.研山铁矿东部边坡渗流及力学特性数值分析研究[D].沈阳：东北大学，2014.

[8]谢全敏，丁保艳，吴定洪，等.基于案例的边坡治理方案选择决策支持系统研究[J].岩土力学，2008(5)：1351-1354.

(收稿日期2016-04-19)

Treatment Scheme of the West Slope of Sijiaying Iron Mine Stope

Yang Wei1,2Zhang Yunpeng1

(1.College of Mining Engineering,North China University of Science and Technology;2.Luanxian Sijiaying Iron Mine Co.,Ltd.,Heibei Iron & Steel Group)

AbstractIn order to ensure the mine normal production and the safety of equipment and personnel, the thickness alluvium slope landslide of line of the west slope of the first stope of Sijiaying iron mine conducted inversion analysis based on Geo-slope software,the checking calculation is conducted by adopting the circular sliding method to obtain the mechanical parameters of slope soil.Through the evaluation of slope stability analysis, the two slope treatment schemes are proposed that are the cutting slope and slope toe soil nail reinforcement.The comparison and analysis results show that, the final bottom boundary position can not be impacted by the scheme of the soil nail construction to stable the slope rock mass,it also good for avoiding moving the high-pressure pylons and telegraph poles and ensuring the stability of the mine west slope.

KeywordsSlope landslide， Mechanical parameters， Slope treatment， Geo-slope software， Circular sliding method

杨威(1984—)，男，工程师，硕士研究生，063700 河北省滦县响嘡镇。