露天矿山边坡特点及滑坡关键治理技术分析

文/庞鑫 攀钢集团矿业有限公司 设计研究院 四川攀枝花 617063

受地理位置和外部环境影响，高边坡区域易发育有大型滑体、滑体范围可达到几十万m3，高度在数十米，给矿山边坡境界靠帮带来较大影响。露天矿山边坡有着不稳定性、阶段性、时效性特点，边坡治理工作不同于水利工程、公路桥梁项目，对企业资质、施工专业水平、机械设备等要求严格。

1、露天矿山边坡的特征

露天矿山边坡指的是矿场周围表面倾斜，边坡由开采工作的台面组成总斜坡。边坡和水平面夹角叫边坡角，根据边坡和矿体空间位置由可以划分成上盘边坡、下盘边坡、端部边坡。露天矿山边坡长且高，易受断层、节理及软弱结构面的影响产生滑坡、崩塌现象。受地理环境和气候温度影响，矿山开采作业过程中形成的边坡由于缺乏有效的维护时常会出现不同程度的病害。矿山开采过程中的爆破振动作用、边坡上部与下部的差异风化等因素对边坡稳定性产生较大影响，造成不同边坡区段稳定性有较大差异。

2、露天矿山边坡滑坡原因

因为露天矿山开采作业使边坡原生岩体出露，影响了边坡岩体内部稳定性。边坡外层临空岩体承载力降低导致趋向临空方向移动；当边坡岩体达到限定强度后，移动位置量减小，一定范围内边坡总体处于稳定状态。在边坡岩体强度较小时，岩体弹性模量差进而出现较大变形量，边坡产生滑动，变形量较大产生滑坡。矿山边坡根据发生规律包括塌落、滑坡。

首先，塌落。塌落指的是台阶上端岩体受风化、爆破影响发生振动与母体分离，下落沉积坡脚，偶尔会随着岩石翻滚与破损状态。塌落导致台阶变形、宽度缩减从而给运输、清理带来较大困难，甚至会导致边坡形状改变，边坡角缩小。其次，滑坡指的是边坡岩体受外部影响出现严重的岩体滑坡，顺着某平面从上至下移动。出现该现象主要因为滑面上的剪力超过抗剪度，通常滑体发生至滑体下移会经过一定时间，初期为滑体蠕动变形，最后出现突然滑落。从变形到滑落时间在几年以上，但一些滑坡会有征兆。根据滑坡滑面类型，滑坡分为平面滑坡、圆弧滑坡、锲形滑坡，其中，平面滑坡指的是地质结构面平行边坡坡面，与边坡坡面相同，当倾角额低于边坡角后边坡岩体顺着结构面滑坡。圆弧滑坡指的是垂直在坡肩方向断面的滑动面为圆弧状。锲形滑坡指的是两个结构面斜交边坡坡面的交线在边坡坡面露出后，若交线倾斜角超过结构面的摩擦角且低于边坡角的后，出现锲形滑体滑坡。

3、露天矿山边坡滑坡关键治理技术

常见滑坡治理技术有预应力锚杆索锚固、抗滑桩支挡、清坡压脚等，但是在实际应用过程中都存在一定弊端。降低爆破影响，尽可能使边坡岩体强度保持不变，根据设计坡形成坡，保证锚固结构的锚固深度和锚固力，截挡地表水与地下水成为核心治理技术。

3.1 小孔径斜孔靠帮控制爆破

靠帮控制爆破技术：爆破接近靠帮岩体的损坏范围、范围、程度展开控制。现阶段，该项已经得到了广泛应用，通过预裂爆破、毫秒微差逐孔起爆和缓冲孔融合的爆破技术。例如：某矿山台阶段高15m，台阶坡面角为60°，双台阶并段30 m，5m安全平台，清扫平台宽度20m。爆破参数预裂孔孔径为260mm，孔间距4m、孔深17m、垂直孔选择70mm药柱不耦合装药，主爆孔孔径300mm，垂直孔孔深的18m，孔底持续装药孔口密封。装药量为760kgN，孔距在6-8m，排距4-5m，缓冲孔孔径310mm，孔深18m，孔底装药量300kgN。选择毫秒高精度雷管毫秒延时逐孔起爆延时时间25ms，一次爆破范围在50-180t，对于完整岩体预裂效果符合需求，但对于岩体质量较弱的位置效果不够理想，其表现特征为：半壁孔无法保留、6m安全平台不能保留、清扫台无法保留18m、并段台阶坡形直立。保留区岩体坍塌影响加固区锚固结构，究其原因：没有根据岩体结构和地质环境选取适合的预裂孔孔网参数，钻孔倾角没有根据标准要求进行，爆破范围和单响药量较大导致质点振动速度超出要求范围。综合分析，对岩体质量较低的滑坡选择小孔径斜孔靠帮控制爆破。

首先，爆破设计。预裂孔炮孔100mm，深度31m，倾角65°，炮孔间距0.8-1.2m。根据岩体质量划分，质量较差取小值，不耦合参数15线装药密度在3-5kgN，底端加强段15-25kgN，装药结构长度20cm的岩石乳化炸药预裂药卷，间隔不耦合形式。药卷按照底端加强段，中间正常段顺序绑扎在竹片与导爆索中，随后送至孔内，保证堵塞是维持孔内高压爆轰气体的基础前提。主爆孔炮孔100mm，炮孔深度为15m，倾角65°，炮孔孔距4m，排距3m，呈等边三角形设计，堵塞长度为4m，选择多孔粒状铵油炸药，单孔装药量为65kg。其次，效果分析，主矿采场数个碎裂岩体坡段削坡减载与控制靠帮，预裂孔半壁孔痕保留范围在75-90%。碎裂结构区滑体下方安全平台根据要求坡形保留下来，爆破生成的质点振动速度明显减少。

3.2 预应力锚硐

露天矿边坡加固发生陡帮开采出现多级滑面滑体。对此，常见控制方法为预应力锚索与预应力锚梁，但在实际应用中存在诸多问题。以某工程为例，结合该地区滑体治理技术选择预应力硐锚技术。该项技术有助于对滑体状态、水文地质状态勘查。洞室内稳定岩层钻孔，安装锚索有助于提升预应力锚固。利用钢筋混凝土进行洞室浇筑，置换了碎裂结构与散体结构的岩土体，有效提升了岩土体力学强度；同时在局部滑面生成阻滑键有效抑制画面贯通。洞室钢筋混凝土配置在40根左右，螺纹钢连接套连接生成全长粘锚杆达到8000kN抗拉力与7000kN抗剪力，洞室底端与断层位置扩大截面生成洞塞，有助于提升杆体抗拔加固效果。预应力钢筋混凝土锚硐设计，硐室大小为25m，深度在60，螺纹钢用于受拉钢筋，箍筋选择Φ16螺纹钢，洞内C20混凝土浇筑，二次注浆选择M30水泥砂浆，洞室设置4根2700kN预应力锚索，锚固段长约12m，成孔180mm单位洞塞设计被动抗拉力10000kN主动预应力10800kN。

结语：

综合分析，露天矿山边坡陡峭，并且容易受到外部环境和爆破工程影响继而引发边坡滑坡。所以，做好防滑坡关键技术控制有着重要意义。第一，相对于其他项目，露天矿边坡特征显著，工程技术与其他项目边坡也有着较大差异。第二，降低爆破对保留岩体影响，尽可能保留边坡岩体强度，根据设计境界形成边坡，保证锚固结构的锚固深度和锚固强度a。第三，露天矿滑体治理秉承综合治理原则，制定可行性方案措施从而达到理想的治理效果。