西藏知不拉多金属矿边坡稳定性影响因素及防治措施

程先才，单 帅，魏凡森

（中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072）

1 概述

西藏知不拉多金属矿位于墨竹工卡县城西南34.50km处的冈底斯山脉东余脉郭喀拉日居北麓，地势南高北低，为高山区，主要开采矿种为铜。最高海拔5594m，水系较为发育，总体北流，属雅鲁藏布江流域。雨季潮湿寒冷，昼夜温差较大，每年10月底开始冰冻，翌年4～5月解冻，最大冻结深度可达40m。矿体围岩上部为安山质凝灰岩、英安质凝灰岩的风化层，饱和抗压强度大于30MPa，裂隙发育，岩石较破碎，呈镶嵌结构，围岩级别Ⅲ级，开挖后围岩有小坍塌的可能性，爆破震动过大易发生坍塌；下部基岩为较完整的安山质凝灰岩、英安质凝灰岩、大理岩化灰岩，饱和抗压强度大于30MPa，有少量裂隙发育，但多闭合，裂隙组合关系不会产生下滑力，围岩级别为Ⅱ级。开挖后，长时间暴露可能会出现局部小坍塌，侧壁稳定。矿区有六条断层。采场构成要素：台阶高度12m，安全平台宽度3m，清扫平台宽度3m，最小工作平台宽度30m，台阶破面角65°～70°，最终边坡角65°～70°。临近边坡爆破作业时，采取控制爆破措施[1]。

2 边坡破坏类型

（1）坍塌：坡面岩体突然脱离母体，迅速降落至坡体下部，部分岩石滚落至远处现象

（2）滑坡：边坡岩体在较大的范围内沿某一特定的剪切面滑动。一般的滑坡是滑落前在滑体的后缘先出现裂隙，而后缓慢滑动，或周期性的快慢更迭，最后骤然滑落[2]。

（3）倾倒：边坡内部存在一组与坡面成反倾向而倾角又很陡的弱面，并且它将岩体切割成许多个相互平行的块体。

3 边坡稳定性影响因素

（1）岩石物理力学性质。该矿上下部围岩级别不同，围岩硬度、凝聚力和内摩擦角都不同，在强弱面的抗剪强度不平衡时，就容易发生边坡失稳，从而导致滑坡现象。

（2）地下水。该矿边坡具有的松散岩孔裂缝水将产生水压力，进而减小有边坡的有效应力，影响边坡的稳定性。地下水从以下两个方面影响边坡稳定性：①静水压力。当岩石裂缝中富含有地下水时，产生的静水压力将使两璧裂缝产生位移，而随着边坡岩体位移而产生的张裂隙水的静水压力场促使边坡逐步产生推动力，当达到阀值时，边坡极易破坏。②动水压力。当地下水在破碎岩土中流动时，受到岩土碎块的阻力，水要流动就得对它们施力以克服它们对水的阻力，其作用方向与渗透方向和水流方向一致，当动水压力打破阻力平衡时，将破坏边坡岩体。

（3）风化程度的影响。该矿采场边坡上部围岩风化裂隙发育，受风化作用的影响，岩体的强度比较低，边坡稳定性差，容易发生沿碎裂结构岩体中最不利滑动面滑移破坏。部分风化区呈松软状态，遇水易软化、崩解，边坡出现开裂解体。

（4）断层的影响。该矿边坡发育有多组断层，这些断层中的水产生的渗流荷载，以及对断层中填充物的软化作用，将对边坡稳定性产生不利。

（5）开采技术条件的影响。开采方法、开采顺序、边坡角、边坡形式和爆破工艺的合理性。根据现场条件，边坡角大小与边坡稳定性紧密相关；上部缓下部陡的边坡比上部陡下部缓的边坡稳定；边坡出露的时间越短越稳定[3]。

（6）爆破作用的影响。在开采过程中，爆破产生的震动会对边坡稳定性造成影响。爆破炸药量的多少、爆破方式的选择和起爆顺序的不同将使爆破产生的地震波给岩体原生结构面和构造结构面造成的破坏规模不一致，从而降低围岩整体强度。另外，爆破作业会使岩体中原有裂隙扩张成裂缝并产生新裂隙，对边坡的稳定性造成一定的影响。

（7）水文地质条件的影响。该矿区所处的地理位置，昼夜温差大，冰雪冻融时间长，在雨季期间，冰雪开始解冻。当断层或裂缝中冰雪解冻的水赋存于软弱岩层交界位置时，在水的作用下，岩体滑动力增加和摩擦力降低，从而导致边坡稳定性急剧下降。

4 边坡破坏的危害

边坡的破坏和变形一般都和采场地质条件、周边环境等多方面因素有密切相关，以上因素具有不确定性，这将会导致不同位置的边坡发生变形和位移，从而可能导致边坡坍塌、滑坡，造成人员伤亡和工程机械的损坏。因此，应及时采取相应的防治措施来防止边坡失稳的发生。

5 边坡失稳的防治措施

5.1 合理的开采顺序

在生产过程中，现场管理人员必须遵守《金属非金属矿山安全规程》的要求实施，严格按照从上到下的开采顺序，假如缓冲孔、预裂孔在边坡附近施工时，杜绝铲装作业掏“神仙土”，避免边坡形成伞檐状和空洞。

5.2 确保排水疏干

（1）地表排水。在进行露天矿山剥离前，在坡顶开挖截水沟、排水沟，拦截、排除地面水，防止其流入边坡表面裂隙中。对表土剥离后发现的裂缝及时用防渗材料充填，防止地表水进入裂缝中。

（2）地下水排水。为排除地下水压带来的边坡变形，抑制软岩边坡蠕动变形的现象，采取疏干减压方法，如集水井、渗井、平孔排水，让水不处于滑坡范围内，增加边坡稳定性。

（3）钻孔排水。通过地质勘探结果分析，对富含水区域利用钻孔将其引流至边坡外。

（4）地下巷道排水。利用该矿原是地下开采的优势，通过在巷道内打扇形排水孔，以提高疏干效果。

5.3 采用多种边坡监测方法

边坡监测常用方法有地表位移监测、深部滑动力监测、降雨量监测、露天采场滑坡综合监测预警系统。通过选用科学、经济合理的监测方法，建立监测系统定期对地表、坡面进行监测，从而为边坡、地面的变形分析与控制提供重要的基础数据。

（1）地表位移监测。地表位移监测技术，目前主要有GNSS技术、智能全站仪技术、合成孔径雷达技术、三维激光扫描技术、光纤技术和静力水准技术。其中静力水准监测技术、光纤技术，这两种技术只能监测单一方向的位移，其他几种技术可以实现三维位移同时监测。根据该矿边坡的实际情况，表面位移监测点布设按照主滑方向和滑动面范围确定了边坡测线间距为100m，边坡测点密度为50m，共布设地表位移监测点32个，其中2个为基准点。

（2）深部滑动力监测。深部滑动力是采用“穿刺摄动”技术，把力学传感系统穿过滑动面，固定在相对稳定的滑床之上，施加一个小的预应力扰动，将可测的人为力学系统插入到不可测的天然力学系统中，组成一个新的部分力学量可测的复杂力学系统。结合现场实际工程地质概况和边坡设计产状以及建设成本问题，该矿共布设深部滑动力智能监测点14个。

（3）降雨量监测。目前，在国内外应用较为广泛且成熟的技术主要有以下几种：①翻斗式雨量计；②虹吸式雨量计；③称重式雨量计；④容栅式雨量计。因容栅式雨量计是通过容栅位移传感器检测降雨量的大小，计量精确，因此，该矿选用容栅式雨量计。在矿区共建设1个降雨量自动监测点。

（4）露天采场滑坡综合监测。其关键技术有多源监测信息耦合处理与分析、云端数据自动存储、处理和分析、数据冗余保护策略、露天采场在线安全综合监测预警信息平台。

该矿露天采场边坡相对较长、规模较大，对整个边坡进行多参数监测从资金投入和技术保障上难度都非常大，因此必须以地表位移监测为主导，深部滑动力监测、降雨量监测等为辅助，按照一定的设计原则，建立整体位移监测网，该矿边坡综合监测点分布见表1。

表1 知不拉多金属矿监测内容及综合监测点分布统计表

5.4 机械加固法

该方法常采用增大岩石强度的方法，增强边坡的稳定性。不论采用何种加固方法，都将会对采取的方法进行成本与安全分析，以此来验证施工的经济性、安全性以及可行性。机械加固方法目前是最有效、采用最多的方法之一，通过它加固可以增大边坡角以达到少剥多采的目的，降低矿山开采成本。采用的加固方法有锚网加固、金属锚杆、挡土墙、钢绳锚索、喷射混凝土护坡和注浆防渗加固等。

5.5 控制爆破法

该矿设计台阶高度12m，一次起爆炸药量少则50吨，多则100吨，且使用高威力、高猛度炸药，有效地降低了开采成本。但也造成了爆破能量集中，以致引起最终边坡后冲拉裂问题。如果对后冲拉裂作用不及时控制，最终将导致边坡角降低，随之造成剥采经济指标的增加。虽然可以采取如大面积的清理边坡浮石、使用锚网或其他机械加固措施，但开采成本价格剧增，效果在某种程度上难以达到预期要求。因此，因考虑爆破节省的资金与维护边坡质量花费的资金之间的平衡，实施控制爆破减少对边坡岩石固有强度的损坏。常用的控制爆破方法有减震爆破、缓冲爆破、光面爆破、预裂爆破及微差爆破。控制爆破方法的目的是通过采用低威力炸药、不耦合装药，合适的炮孔直径、合适的抵抗线和间排距等方法控制最终边坡上的能量集中，以便不破坏最终边坡。结合该矿实际和多次试验，采用在临近边坡时使用缓冲爆破和预裂爆破控制了边坡失稳。

5.6 规范化作业

安全标准化是实现矿山本质安全的重要途经。因此，需对边坡施工规范化。比如，严格按照开采设计说明书开采，预留合理的安全平台、清扫平台以及作业平台，控制工作帮、非工作帮边坡角和最终边坡角，建立可行的边坡管理制度、检查制度和制定切实可行的坍塌应急预案，发现失稳边坡及时处理。

6 结语

矿山开采过程中，研究边坡稳定性是一项重要的安全系统工程。在应用不同的方法治理边坡稳定性的同时，及时发现问题、解决问题，从而总结经验，获取科学依据，不断改进完善、优化施工方案，对于保证矿山安全生产和进一步推广具有深远意义。