广西大新锰矿露天采区边坡安全治理探讨

潘承武，覃亲喜，段志伟，欧阳宇珉

(中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315)

1 矿山基本情况及开采技术条件

中信大锰矿业有限责任公司作为国内大型的锰系材料生产单位，特别是大新锰矿作为国内罕见的储量大、品位高的锰矿山，在国内锰矿生产具有举足轻重的地位，其露天矿山开采可作为其他单位的借鉴参考。大新锰矿位于大新县下雷镇，于1958年发现，1963年正式进行露天开采，至2012年扩建后可达到露采100万t锰矿石的规模。矿区分为东部露天采场、中部采场、西南采场、西北采场，目前正在作业的有东部采区、西南采区。

矿区矿岩风化深度一般在60～80 m之间。东中部露天和西南露天采场延深后，边坡大部分仍处在风化岩层带；断层、节理等地质构造均较发育。根据矿山生产几十年的经验，并参考类似矿山的边坡资料，由中治长天国际工程有限责任公司设计确定：中采场北坡总体边坡角为44(°)～45(°)，南坡为42(°)～43(°)；西南采场南帮的总体边坡角为43(°)，北坡为45(°)。根据露天采场岩石性质和矿山目前的实际生产情况，设计的最终阶段坡面角为60(°)。露天边坡一般设两个安全平台，隔一个清扫平台。安全平台宽为4 m，清扫平台宽7 m，边坡组成为4，4，7 m。

2 开采现状

矿山经过50多年的开采，到2018年底已进入闭坑开采阶段。西南采区开采边坡标高为630～385之间，东部目前采到455～315之间，东部最终开采标高为305台阶，几个区域均属于高陡型山坡露天矿开采，边坡安全管理尤为重要。

特别是西南采区，开采高度超过200 m，风化泥岩深度约100 m，边坡岩层极为不稳定，由于矿区在前期开采阶段缺乏对边坡安全管理的整体规划，经过多年的开采并受到雨水冲刷，从2011年开始西南采区发现部分区域边坡已经严重损坏，已经出现滑塌迹象，目前已不能按照原设计方案进行开采生产，威胁着下方作业安全，以及边坡压矿浪费矿石资源，下部台阶多处出现矿石积压在边坡下方的现象。

3 边坡治理优化方案

为了有效地解决西南采区边坡安全隐患，保证下方安全开采生产，大新锰矿决定对滑坡的区域进行边坡修复，组织了相关工程技术人员研究讨论，决定采取边采边修、采修并进的边坡修复方案，以保证采出矿石维持矿区矿石原料正常生产供应。

从2011年至2018年通过了整体的边坡修复修整工作，逐渐掌握出符合本矿区边坡安全管理的相关边坡技术要求，经最初的现场勘测，发现滑坡区域的岩层破碎发育，并存在明显的大断层，滑坡面从断面发生错动，采区边坡形成的裂隙为东西走向约360 m，纵深约60 m，滑坡区域范围均为层，并缺乏有效的排水措施，顺滑坡面的修整前的边坡角为43(°)，实际坡面角为70(°)，并且边坡参数按照原始设计方案为10 m台阶高度，隔两个安全平台4 m布置一个清扫平台7 m，修复后在泥质边坡形成8 m台阶高度，隔两个安全平台6 m布置一个清扫平台8 m，卸载后总体边坡角减至38(°)，接近岩层倾角，坡面角60(°)，在深部的坚硬基岩仍然按照原始设计的边坡要素继续开采，同时加强边坡穿孔爆破工作，采取光面爆破确保边坡面平整防止龟裂塌方，采取预裂爆破保证了边坡的完整性不易大面积滑坡。通过减小边坡角降低了边坡滑坡的危险性。修复边坡后在最上方的坡顶修建了一条截洪沟，将开采境界之外的雨水拦截引流，并在每个清扫平台上布置排水沟，防止雨水冲刷边坡，保障边坡不受雨水的强力破坏。

4 边坡稳定性分析

假设边坡滑动面无限接近于单平面滑动，则边坡面上存在着滑动力与抗滑力互相作用，影响边坡稳定[1]，边坡修复后的稳定性分析如图1所示。

图1 边坡稳定性分析示意

当发生滑坡移动临界点时，

其中η为边坡稳定系数，η>1，则表示边坡稳定，η<1，则表示边坡稳发生移动滑坡。Fs为抗滑力，当滑动发生时，CjL为岩体内聚力，无限接近于0，Fr为滑动力，则φj为摩擦角即为岩层倾角，β滑动倾角，G为滑体重力。

如图所示，边坡修整后，边坡移动摩擦角φj=38(°)大于滑动倾角β=37(°)，则修整后的边坡在不受外力的作用下能够保持边坡稳定。

5 边坡治理取得的效果

从2011年开始进行边坡修复至今，修整边坡完成后，通过加强边坡管理，经常巡查有无边坡滑动情况，及时清理水沟，保持水沟流水畅通，修补水沟以及边坡冲刷缺口，防止雨水沿着缺口冲刷扩大，同时加强植被覆盖种植工作，保持良好的水土，边坡再无出现大面积滑坡情况。露天矿区已顺利开采结束，也已经按照设计标高顺利开采到了最后一个台阶，保证了矿石正常采出，顺利完成了矿山建设的目标。自从探讨并实施了西南西北境界外边坡安全扩帮开采技术方案以来，总共进行卸坡剥离量搬离运输约200万t，投入了巨大的资金，保证了开采安全生产，同时也将滑坡面积压的锰矿资源回收约7万多吨，取得了一定得经济回报。总之通过设计采剥边界，逐级分层剥离，加强实施管理，方案实施取得良好成果。

1)此处存在一定滑坡安全隐患，项目实施后通过卸载边坡岩土，以降低坡度，减少重压，防止边坡大面积突然滑坡，引发安全事故。此外，为深部开采提供安全环境，可确保露天开采至最终境界。

2)修整边坡具有深远的生态效益，项目实施后，有利于矿山开展复垦工作，美化边坡，保护生态环境，为大新锰矿露天采区开采结束后开展矿山地质公园旅游项目保存了良好的地貌。

3)直接经济效益，修复边坡剥离量200万t，修坡回收矿量7万t，其中：2万t氧化锰，矿石平均品位Mn 24%；5万t碳酸锰，矿石平均品位Mn 15%；项目总投入1 400万元。取得的经济效益：2×720+5×160=2 240万元，减去总投入后仍有840万元利润。

6 结 语

在滑坡区域修好之后又陆续修整了几个小区域范围的滑坡边坡，均取得了良好的边坡形态效果，通过这几年对大新锰矿露天采区边坡治理总结出以下的经验，对后期边坡治理作出指导依据。

1)岩性是决定边坡稳定的物质基础，构成边坡的岩体越坚硬，边坡不易受到破坏发生滑坡，反之则边坡容易破坏稳定性差。并且可以根据岩性选择不同的边坡角以降低边坡修整维护的经济投入。

2)岩体结构及结构面的发育特征是岩体边坡破坏的控制因素，受构造的影响，褶皱断层、节理裂隙发育造成岩体破碎，严重地影响着高陡边坡的稳定性，边坡破坏形式一般是沿着结构面产生块体滑动造成滑坡[2]。

3)边坡坡形、坡高及坡度直接影响边坡内的应力分布特征，进而影响边坡变形破坏及边坡稳定性，边坡的开挖引起坡体内应力重分布，严重破坏边坡的自稳状态，是造成边坡失稳的直接原因。因此边坡的设计是否合理是决定路堑边坡稳定的关键，包括确定坡形、坡率、边坡高度和坡度结构的类型等[3]。

4)水是造成边坡失稳的重要因素，雨水冲刷软化岩体，降低其强度引起静水压力和渗透压力的增大，这些均不利于边坡的稳定。是否做好边坡排水措施是评价边坡稳定的重要因素。开挖边坡的工程地质特征是决定边坡稳定与不稳定的主要内因。

5)边坡平整光滑，不受破坏也是确保边坡稳定的主要因素，在边坡爆破作业时，采取光面与预裂控制爆破技术尤为重要，防止边坡面破损与减少边坡裂痕，保证边坡的完整性与稳定性。

6)在矿区开采存在矿石积压的其概况下可利用开采与治理同时进行的方式进行修坡，保证修坡投入的同时取得一定的经济效益。