基于Slide的白云鄂博东介勒格勒铁矿边坡角的确定及稳定性分析

徐 旭 章 林 李家泉

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)



基于Slide的白云鄂博东介勒格勒铁矿边坡角的确定及稳定性分析

徐 旭1，2，3章 林1，2，3李家泉1，2，3

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

分析了东介勒格勒铁矿边坡稳定的主要影响因素，确定上下盘的边坡角均为45°，利用Slide软件对矿区上下盘边坡稳定性进行了分析。结果显示，选取的边坡角度适中，边坡稳定性良好。

Slide 边坡角 边坡稳定性

露天矿边坡稳定性对矿山开采设计和生产十分重要，越来越受到重视[1-3]，出现了较多的边坡稳定计算方法，目前多采用极限平衡理论的计算方法[4]。本研究采用加拿大Rocscience公司开发的边坡稳定性计算软件Slide，通过极限平衡法，确定白云鄂博东介勒格勒铁矿边坡角，并进行稳定性分析[5]。

1 工程概况

东介勒格勒铁矿位于白云鄂博矿区，露天采场地表长1 100 m，宽480 m；采场最低标高1 384m，最高标高1 648 m，封闭圈标高1 600 m。矿体开采模型见图1。

图1 东介勒格勒铁矿露天开采矿体模型

2 露天采矿场边坡角确定

2.1 影响矿山边坡稳定的主要因素

影响矿山边坡稳定的主要因素有：矿区地质条件、水文条件、地震及爆破震动、地应力及边坡几何形状等。

2.1.1 边坡工程地质

矿区内铁矿为白云岩型磁铁矿和赤铁矿，顶底板以白云岩为主，仅少量矿体底板和矿体顶板部分为浅色板岩。岩体结构以块状为主。抗压强度55.03～105.02 MPa，属坚硬半坚硬岩类。

矿区内无较大的构造破碎带，断裂多被断层角砾岩充填，地质构造简单。

强风化带一般发育在云母岩、接触破碎带和部分矽质板岩中，岩石强烈风化呈碎块状，岩体类型呈碎裂结构，发育深度3～8 m。弱风化带发育深度117～160.0 m，平均138.5 m，该带上部裂隙稍发育，裂面有风化痕迹和水锈；下部裂隙很微弱，岩石较完整，岩体仍以块状结构为主。

综上所述，矿床为以坚硬半坚硬变质岩类为主的块状岩类矿床，矿区工程地质条件属简单类型。

2.1.2 水文地质条件

矿区降水量较少，多以暴雨形式出现。矿区处在低山丘陵区，属地下水补给区。

矿区内无较大断裂破碎带，主要断裂为小规模的东西向逆断层和南北向横断层，为压性、压扭性断裂，且多被断层角砾岩充填，不构成对未来露天采场充水的威胁。

铁矿体及其顶底板白云岩岩体以块状结构为主，加之被透水不含水的鄂博层和洪积层所覆盖，岩石层理和节理裂隙很不发育，对矿床充水影响不大。

矿区内主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水，区内无地表水体和较大的构造破碎带，属于水文地质条件简单的裂隙充水矿床。

2.1.3 地震因素的影响

地震和爆破震动对边坡都是有影响的。通过对边坡稳定性的敏感性分析得出：当边坡高度小于100 m时，爆破震动对边坡稳定性影响大，此时应以爆破影响系数进行稳定性分析计算；当边坡高度在100 m以上时，地震对整个边坡的影响大，此时以地震影响系数进行稳定性分析计算。

东介勒格勒铁矿边坡最高为239 m，为6度地震烈度设防区，在稳定性分析计算中采用静态等效力的方法来参与计算，作用于滑动面以上各条块重心处的水平地震力可按下式计算：

(1)

式中，Qi为第i条块上由自重产生的水平地震力；Cz为综合影响系数，取0.25；α为水平地震影响系数，对7、8和9度地区分别应取0.1，0.2和0.4，按国家《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)，值取0.1；Wi为第i条块的重量。

2.1.4 边坡岩体物理力学参数

岩体是由岩石与结构面组成的地质结构体，其性质取决于岩石的性质与结构面的性质。对岩体介质选取适当的岩体力学参数是保证模拟计算分析结果可靠的重要条件。由于缺少必要的工程勘察资料，因此边坡岩体物理力学参数根据白云鄂博主、东矿类似工程选取，以岩体质量分类为基础，对岩体强度进行估算。

根据设计基础资料、矿体赋存特征和矿山开采基本要求，设计选取的边坡岩石力学参数见表1。

表1 岩石力学参数

2.2 边坡角的选取

设计初步确定露天采场边坡角上盘、下盘均为45°。

3 边坡稳定性分析

3.1 Slide软件简介

Slide是计算土、岩质二维边坡稳定的程序，计算边坡的安全系数、可能的破坏，分析圆弧与非圆弧的潜在破坏滑动面。该软件采用极限平衡法分析，计算简便且结果能够满足工程需要。考虑到边坡潜在滑面的形状，采用极限平衡法中的简化Bishop法、简化Janbu法。

3.2 剖面选取

为反映矿山边坡的稳定性状态，根据露天开采境界的圈定结果，选择垂直于边坡走向、且过露天开采境界底部的剖面作为本次分析剖面。

3.3 分析方案

根据边坡体的地质情况，为反映边坡体在荷载条件下的稳定性状态，对边坡剖面进行自重+地震状况、自重+地震状况+降雨2种受力情况分析。

3.4 安全系数的选取

许用安全系数的确定是评价边坡稳定性的主要指标，经常采用评价估计法、工程类比法和有关设计规范来确定。针对该矿上下盘围岩情况，按国家有关规范，在参考类似边坡的稳定性情况，确定最小安全系数[K]=1.35。

若剖面计算所得的安全系数：K>[K]时属稳定；1

3.5 分析结果

工程地质剖面的边坡稳定性极限平衡分析结果如表2所示，相应的边坡潜滑面安全系数见图2。

表2 边坡安全系数

从分析剖面的边坡潜滑面安全系数的结果来看：剖面的安全系数大于1.35的许用安全系数，边坡是稳定的。

4 结 语

本计算结果是参照水利水电科学研究院编写的《岩石力学参数手册》中的提供的相近参数。由于东介勒格勒边坡岩性复杂、节理发育等因素，计算所需的岩体力学参数难以准确确定，计算得到的边坡安全系数与实际工程可能存在出入，但对设计中的方案选择有一定的参考价值。在生产中可通过应力测量、位移监测等手段掌握符合矿山的地压活动规律，不断的改进爆破方法，降低水压并尽量减少地表水流进露天采场，确保露天边坡稳定。

[1] 邹玉球.采场露天边坡稳定性分析及参数优化[J].中国矿山工程，2009,38(2):18-22.

[2] 张 衡，刘秋实，廖信根.露天边坡控制及支护[J].矿业研究与开发，2011(4):34-36.

[3] 倪 彬，张 伟，刘晓明.基于Slide的露天采场边坡稳定性分析[J].中国矿山工程，2013，42(6)：28-31.

[4] 熊赞民，高全臣，Slide在深基坑支护可靠性分析中的应用[J].矿业研究与开发，2008,28(2)：39-40.

图2 各工况条件下南北边坡模拟结果

2016-07-12)

徐 旭(1991—)，男，硕士，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。