新桥矿露天延深开采下盘边坡稳定性分析

李小庆，顾玉成

（新桥矿业有限公司，安徽 铜陵 244000）

新桥矿露天延深开采下盘边坡稳定性分析

李小庆，顾玉成

（新桥矿业有限公司，安徽 铜陵 244000）

针对新桥矿露天采场延深后的下盘边坡，通过现场调查，资料分析得出边坡失稳破坏的主要模式，采用GeoStudio软件建立下盘边坡模型，分析降雨前后的安全系数，并进行稳定性分析，为了确保后期的安全开采以及最终边坡的稳定性，对边坡防治措施进行了研究，提出了一系列的防治措施。

露天采场下盘边坡；破坏模式；稳定性分析；防治措施

0 引 言

随着露天采场的不断开采，开采难度日益增大。我国的大中型露天矿一般设计终了开采高度为300～500 m，有的甚至可达700 m。深凹露天矿开采过程中，随着开采水平向深部推进，边坡的稳定性会越来越差，滑坡概率也会越来越大，同时对露天矿山而言，加大边坡角度对提高资源回收率和经济效益意义重大，因此，露天采场的最终边坡角、边坡的安全稳定性以及防治措施需要进行专门的研究确定[1-2]。

2015年，为适应新桥矿露天转地下的工程进度，实现矿山产能的有序衔接和整体的采选平衡，新桥矿启动了矿业公司科研项目《露天采场延深至-156 m水平的优化设计研究》。目前该设计方案已基本成形，但鉴于安全生产的考虑，有必要对延深后的露天采场下盘边坡稳定性进行针对性地研究分析，并采取一定的防治措施，实现延深开采时的安全生产。

1 地质概况

新桥矿露天采场下盘岩体主要由高骊山组砂岩，五通组石英砂岩、志留系粉砂岩组成，渗透系数低，岩石物理力学参数较高，层面倾角一般在40°～60°左右，但由于高骊山组和五通组内部存在较多的软弱结构面，部分岩组接触面也存在接触破碎带，导致岩体强度降低明显，在遇水软化、力学强度下降的情况下，再加上长期的风化侵蚀，爆破震动，高陡边坡等不利影响，下盘边坡的稳定性问题一直比较突出，发生过数10次大小不一的滑坡，最终形成近乎光面的高陡边坡。

矿区处于圣冲向斜含水构造的南东翼，其底板高骊山组砂岩、五通组石英砂岩及巨厚的志留系粉砂岩为矿床可靠的隔水底板，因此边坡所受的动水压力和浮托力可以忽略，在没有降雨的情况下，边坡岩体主要受到水位线以下静水压力的作用，降雨之后，水位线抬升，静水压力作用增大，同时受到软化作用和冲刷作用的影响，导致稳定性降低。

2 边坡破坏模式研究

为了研究预测边坡未来可能的破坏方式和类型，对边坡研究区域内进行了长期的资料收集和现场调查，得出了新桥矿下盘边坡的主要破坏模式：平面滑动破坏、溃屈破坏；次要破坏模式为岩劈破坏、楔形破坏、崩塌[3]。3#滑坡平面滑动如图1和1#滑坡溃屈破坏图2所示。

图1 3#滑坡平面滑动

图2 1#滑坡溃屈破坏

3 边坡稳定性分析

3.1 计算坡面的选取

在本次模拟分析中，根据矿山平面图和地质报告，参照露天采场下盘边坡当前的滑坡现状，拟定分析剖面为16号、29号勘探线。

3.2 建立边坡模型

根据1998年3月冶金部马鞍山矿山研究院所《铜化集团公司新桥硫铁矿露天采场下盘高陡边坡稳定性研究》中的实验数据，并查阅相关资料，得出岩体物理力学参数遇水软化系数为结构弱面和节理0.7，高骊山组和5通组0.85，闪长玢岩0.75，志留系0.85。确定该稳定性分析采用的边坡岩体物理力学参数见表1[4-5]。

初始参数设置将GeoStudio软件的分析类型设置为稳定流，不考虑空气流的影响。在新桥露天采场下盘边坡地层中有风化带，接触破碎带，闪长玢岩，高骊山组砂岩，五通组石英砂岩和志留系粉砂岩6种岩性[6-7]。根据矿区的水文资料，矿区静止水位大约在+25 m。所得到的模型如图3和图4所示。

表1 边坡岩体物理力学参数

图3 16号勘探线下盘边坡模型

图4 29号勘探线下盘边坡模型

3.3 安全系数的选取

露天开采工程中，安全系数一般可取1.05～1.5，参考《铜化集团公司新桥硫铁矿露天采场下盘高陡边坡稳定性研究》选取的1.18的安全系数，确定本次边坡安全评价准则为边坡安全系数Fs〉1.2以上是安全的，Fs在1.05～1.2处于极限平衡状态，Fs〈1.05时则认为不安全。

3.4 考虑降雨影响的必要性

对于边坡来说，长时间的大雨常常是导致边坡产生滑坡的诱导因素，尤其在我国南方地区，降雨期集中，降雨入渗影响显著，结合新桥露天采场所处的铜陵地区常年降雨量较大，多发生连续型暴雨，研究降雨入渗对边坡稳定性的影响十分必要。

3.5 降雨前后安全系数对比

从监测资料看，降雨后单孔水位变化最大可达23.3 m，年平均水位变化在13.8 m左右，本次计算取20 m。计算16号和25号剖面的降雨前后的边坡安全系数，降雨前后安全系数对比见表2。

表2 降雨前后安全系数对比

3.6 降雨前后稳定性分析

从边坡计算结果可以看出，在不考虑降水的情况下，2个剖面不同计算方法的安全系数都大于1.2，同时具有较高的安全冗余，但考虑降雨入渗后16号勘探线剖面的安全系数最低降到了1.160，处于极限平衡状态，29号勘探线剖面的安全系数虽仍然大于1.2，但已经接近极限平衡状态，安全冗余消失，也应该引起足够重视。

对比降雨前后边坡的安全系数，两个剖面的安全系数降低明显，尤其是16号剖面，处于极限平衡状态。考虑到岩体的不断风化，爆破损伤的累积，降雨冲刷等不利因素，两个边坡的安全稳定都应引起足够重视，加强管理，并采取一定的防治措施，确保边坡安全。

4 边坡防治

由于新桥矿下盘边坡已形成高陡边坡，高度大于400 m，根据生产任务还要继续开采到-156 m水平，从边坡防治措施来看，采用单一的措施是很难实现边坡稳定的。因此，根据不同的边坡实际，因地制宜，采取针对性较强的处理措施是合适的。

4.1 削坡减载

新桥露天采场下盘边坡26线附近+144 m平台上部坡面滑坡严重，导致坡底截水沟损坏，为治理该区域滑坡，疏通截水沟，2015年8月提出了削坡减载的处理方案。在+163 m原有平台使用挖掘设备清理坡面岩石，削平坡面，向东部推进，形成宽3 m的作业平台，以44°坡面角向上形成坡面，同时将+144 m平台被滑坡体覆盖的原坡底线通过挖掘设备内进5 m（即以原水沟为基准内进2 m），坡面角变为35°，降低该平台负载。

4.2 控制爆破

为了降低爆破地震效应对边坡稳定性的不利影响，应采用控制爆破降低爆破地震效应。

1）预裂爆破。目前新桥矿露天采场采用的是预裂爆破技术保护最终边坡，具体参数为孔距1 m，孔径90 mm，采用间隔不耦合装药。

2）严格控制最大段起爆药量和总药量。针对新桥矿露天采场目前的生产现状，把单响药量控制在800 kg左右，同时也必须控制1次爆破的总药量，6 t以下比较适宜。

3）采用逐孔起爆技术。目前新桥矿露天采场采用的是排孔起爆技术，相比于逐孔起爆，震动峰值高，对边坡破坏大，为了减小爆破震动对边坡的影响，拟全面采用逐孔起爆技术。

4.3 支护

1）喷锚网+长锚索。喷锚网是井下支护经常采用的支护方式，与长锚索结合，既能发挥喷锚网支护效果好，适用岩性广的优点，又能发挥长锚索支护范围大，强度高的特点，新桥矿露天采场东部采用此种支护方式。

2）喷锚网+长锚索框架支护。在喷锚网+长锚索支护的基础上加上框架，连接各个锚杆和锚索，适用于边坡治理难度大，重要边坡的支护。

3）抗滑桩支护。该种支护方式应用广泛，多用于潜在滑动面靠近边坡的位置，施工周期短，成本较低，但不适用于岩体破碎的边坡，难以维护边坡的稳定。新桥露天采场下盘+144 m平台14和15线附近运用过该种支护方式。

4）防渗膜护坡。为防止雨水渗入，增加松散土体自重并使其力学性质降低，从而引起边坡滑移失稳，可对出现开裂滑移的平台和坡面铺设防渗膜，该方案成本低，施工工艺简单，尤其对松散土体效果显著[8]。

4.4 导水治水

新桥矿露天采场规模较大，汇水面积广，尤其是下盘高陡边坡，必须加强截水导水通道的建设。对于一些主要的安全平台，如+144 m，+72 m，+36 m等，在未被滑坡破坏的区域修建截水沟，使截水沟水平以上的边坡汇水汇入截水沟，并修建与截水沟相通的导水沟，将边坡汇水导出采场之外，减少上部汇水对下部边坡和平台的冲刷侵蚀，也减轻了露天坑底水仓的排水压力。

4.5 变形监测

新桥矿露天采场现已建立起完善的变形监测系统，通过该系统能实时的监测边坡的变化，预测边坡破坏的发生，对确保边坡的安全，提前采取治理措施具有十分重要的意义。

5 结论

1）对边坡研究区域内进行了大量的资料收集和现场调查，得出了新桥矿下盘边坡的主要破坏模式为平面滑动破坏、溃屈破坏；次要破坏模式为岩劈破坏、楔形破坏、崩塌。

2）从边坡计算结果可以看出，在不考虑降水的情况下，2个剖面不同计算方法的安全系数都大于1.2，同时具有较高的安全冗余，但考虑降雨入渗后16号勘探线剖面的安全系数最低降到了1.160，处于极限平衡状态，29号勘探线剖面的安全系数虽仍然大于1.2，但已经接近极限平衡状态，安全冗余消失，也应该引起足够重视。

3）对比降雨前后边坡的安全系数，两个剖面的安全系数降低明显，尤其是16号剖面，处于极限平衡状态。考虑到岩体的不断风化，爆破损伤的累积，降雨冲刷等不利因素，2个边坡的安全稳定都应引起足够重视，加强管理，并采取一定的防治措施，确保边坡安全。

4）由于新桥矿下盘边坡已形成高陡边坡，高度大于400 m，根据生产任务还要继续开采到-156 m水平，从边坡防治措施来看，采用单一的措施是很难实现边坡稳定的。因此，根据不同的边坡条件，因地制宜，综合采用削坡减荷，控制爆破，支护，截水导水，变形监测等防治措施来确保边坡的安全稳定。

［1］ 李旺．云南某露天矿边坡破坏机理与稳定性研究［D］．昆明：昆明理工大学，2008．

［2］ 杨天鸿，张锋春，于庆磊，等．露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势［J］．岩土力学，2011（5）：1437-1451．

［3］ 幸文宬．先锋煤矿采场北帮边坡滑坡分析与研究［D］．昆明：昆明理工大学，2011．

［4］ 冯西桥．铜化集团公司新桥硫铁矿露天采场下盘高陡边坡稳定性研究［R］．马鞍山：冶金部马鞍山矿山研究院，1998．

［5］ 刘红丹．庙沟铁矿岩体强度指标的确定及稳定性评价［D］．沈阳：东北大学，2011．

［6］ 赵天彪，苏培东．云南牟定县安益铁矿高边坡稳定性数值模拟研究［J］．内江科技，2014（4）：119-120．

［7］ 金文佳，杨泽，侯克鹏，等．尖山边坡稳定性的三维动态数值模拟分析［J］．有色金属(矿山部分)，2010（6）：42-45．

［8］ 韩斌，郑禄璟，王少勇，等．复杂破碎露天边坡的综合加固技术［J］．中南大学学报(自然科学版)，2013（2）：772-777．

【责任编辑：解连江】

Footwall slope stability analysis in Xinqiao Open-pit Mine deep mining

LI Xiaoqing,GU Yucheng
(Xinqiao Mining Co.,Ltd.,Tongling 244000,China)

Through the field investigation and data analysis,the article obtained slope failure mode aiming at deep mining footwall slope in Xinqiao Open-pit Mine,established the footwall slope model by GeoStudio and analyzed safety coefficient before and after rainfall and slope stability.In order to ensure the latter safety exploitation and the stability of slope,the author studied slope prevention measures,and presented a series of control measures.

open-pit footwall slope;failure mode;stability analysis;prevention and control measure

TD824.7

B

1671－9816（2017）04－0018－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.006

李小庆，顾玉成.新桥矿露天延深开采下盘边坡稳定性分析［J］.露天采矿技术，2017，32（4）：18-21.

2016-11-07

李小庆（1990—），男，硕士，采矿工程专业，主要从事矿山技术管理和充填采矿方面的研究。