某露天矿高陡边坡恢复治理研究

范洪杰 邱化廷 张延森

（1.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队；2.山东省标准化研究院）

近年来，对于露天矿山采场高陡边坡的治理与恢复，一直是学者们十分关注的热点问题，研究成果十分丰富［1-3］。曹永盛等［4］通过对比大孤山露天矿西北帮2 个开挖境界边坡的变形场、塑性区，分析了大孤山边坡深部和浅部的破坏机制，并采用FLAC3D软件对高陡边坡恢复治理后的稳定性进行计算，提出了边坡削坡治理建议。刘永强等［5］针对山东蒙阴某废弃石灰石矿山存在的高陡边坡，提出了“阶梯台阶法”对高陡边坡进行削坡设计，进而对边坡覆土、绿化，消除了矿山地质灾害隐患。金芳禄［6］以石马头石灰岩矿采场高陡边坡为研究对象，结合工程地质条件，对采场边坡进行了削坡治理，保证了边坡的稳定性。金忠伟等［7］通过对东鞍山铁矿高陡边坡的工程地质条件的调查，提出了符合矿山实际的削坡减载、挡墙护坡、防水排水、挂网喷浆的综合整治措施，取得了良好效果。雷丁丁［8］针对国外某铜矿采场高陡边坡，基于Geo-Studio 的渗流模拟分析结果，提出了块石压坡的整治方案，提高滑坡前缘抗滑力，治理效果显著。由此可见，对于矿山采场高陡边坡恢复治理，基本从“削坡减载”和“压坡增载”2 个角度，并辅之其他措施，来提高采场边坡的稳定性。

本研究以某露天矿山高陡边坡为研究对象，为消除矿山安全生产隐患，以工程地质条件和采区开采现状为依据，对矿山高陡边坡进行治理。

1 工程概况

某露天矿属于建筑石料用灰岩矿，随着矿山的多年开采，矿山的开采水平不断下降，矿山采区内部分区域形成了一些高陡边坡，坡体角度为70°～90°，坡体高度不等。根据现场勘察，采区内这些高陡边坡部分区域由于雨水冲刷风化严重，出现了碎石滑落现象，滑落碎石块度小至几厘米，大至50 cm，严重威胁着下方生产机械和工作人员的安全。同时，矿山早期由于不规范民采形成的高陡断臂山崖在采区内杂乱分布，也成为了矿山安全生产的重大风险源。因此，整合采区现状高陡边坡成为了矿山安全生产亟待解决的问题。

矿区内出露地层为张夏组上灰岩段、崮山组及第四纪大站组。张夏组上灰岩段主要岩性为灰色中厚层豹皮灰岩夹鲕粒灰岩。崮山组岩性以黄绿色页岩为主，夹紫色页岩、灰色薄层灰岩、竹叶状灰岩和瘤状灰岩。大站组主要分布在地势低凹处，岩性为黄色、黄褐色砂质黏土、砂砾层。矿区内地层整体呈向NW 倾斜的单斜构造，产状平缓，倾角为2°～6°，未见明显的断裂构造。

矿床为浅海相沉积建筑用灰岩矿床，矿区平面形态大体呈C 形，控制矿层走向长1 436 m，倾向宽1 024 m。矿层最小厚度为7.02 m，最大厚度为41.77 m，平均厚度为36.92 m。

矿体与地层产状一致，产状平缓，呈向北西倾斜的单斜构造，倾角约2°左右。矿层赋存标高为+110～+217 m。

矿山内经过多年开采，目前共形成A、B、C、D共4个采坑，高陡边坡主要集中于A、B采坑内。其中A区采坑东西长约280 m，南北宽120～500 m。B采坑东西长约400 m，南北宽约250 m。

A 区位于矿区范围西侧，坡体长度为337 m，坡体高度为 68～92 m，坡度为 80°～90°，顶部为第四系覆盖，厚度为0～1 m，岩性为黄色、黄褐色砂质黏土、砂砾层。上部为崮山组页岩与薄层灰岩，赋存标高在+170 m 以上，下部为块状石灰岩，赋存标高为+90～+170 m。

B区位于矿区东北角，坡体长度约150 m，坡体高差为 42～72 m，坡度为 70°～90°，地层特征与 A 区类似。采区内部分区域高陡边坡如图1所示。

2 高陡边坡恢复治理方案

针对矿山生产或其他原因形成的高陡边坡，常见的处理措施有边坡非崩落法“压坡增载”治理和边坡崩落法“削坡减载”治理措施［9-10］。其中边坡非崩落法“压坡增载”治理措施要求边坡坡角较小，且坡趾工程地质条件要求较好，而边坡崩落法“削坡减载”治理措施主要适用于坡角较大的边坡。

根据矿山A 和B采区现状可知，采区内边坡坡度较大，且采区仍需进行后续生产，如若采取非崩落法边坡治理措施，采区内的现状边坡只会随着矿山开采水平的下降，继续增加现有边坡高度，增大危险系数。综合考虑，采用边坡崩落法“削坡减载”治理措施对其治理。

2.1 边坡削坡参数

根据矿山工程地质条件，参考类似矿山，拟对此高陡边坡采用爆破和机械相结合的方式进行削坡处理。底部废石回填，石灰岩台阶高度设为10 m，每2个终了台阶合并成1个，台阶坡度为70°，安全平台宽度为3 m；顶部页岩台阶高10 m，台阶坡度为60°，安全平台宽度为3 m，石灰岩与页岩之间留设不少于5 m的安全平台。

A 区坡体高差为68～92 m，底部废石回填至+110 m 水平，石灰岩分别留设+130，+150 及+170 m 水平平台，页岩留设+180，+190 m水平平台。

B 区坡体坡体高差为42～72 m，底部废石回填至+100 m水平，石灰岩分别留设+120，+140 m水平平台，页岩修整+150 m 水平平台。A区和B区边坡恢复治理后示意图见图2。

2.2 边坡稳定性分析

根据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016—2014），削坡后的边坡虽坡角降低至58°，但仍属于矿山企业重大安全生产危险源，还需对削坡后的边坡稳定性进行分析，以验证削坡参数的合理性。

2.2.1 边坡计算参数

根据现场工程地质条件可知，页岩的层状结构面属于岩块岩屑型，结合差，计算按较低参数指标取值，内摩擦角为18°，黏聚力取0.05 MPa。石灰岩岩体结构面属无填充的结构面，结合一般，计算按较低参数指标取值，内摩擦角取27°，黏聚力取0.10 MPa。张裂隙按距坡顶的距离为边坡高度的0.2 倍计算。区域地震综合作用系数为0.50；结构面计算倾角取6°；不考虑地下水作用。其他计算参数见表1。

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2.2.2 计算结果与分析

根据削坡参数，分别选取A 区和B区的典型工程地质剖面图，如图3所示。采用极限平衡法计算削坡后的边坡安全系数，其计算结果见表2。

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参考《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）的规定，并根据削坡后的边坡参数和周围工程地质条件，确定本工程削坡后的边坡安全等级为III级。由于本边坡为生产临时边坡，待采区生产完成后，对边坡统一恢复处理，故将削坡后的边坡定为临时边坡，边坡安全系数要求应大于等于1.15。依据《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016—2014）规定，对于边坡安全等级为III 级的边坡，在自重、地下水和地震力综合作用下，边坡安全系数范围应处于1.10～1.05。故综合考虑边坡安全等级和边坡外荷载作用时，本工程边坡最小安全系数为1.15。

根据表2 边坡安全系数计算结果可知，A 区和B区简单平面滑动边坡安全系数分别为1.753、2.301，均大于边坡最小安全系数，表明此高陡边坡恢复治理参数安全可靠。

3 结 论

（1）通过对某露天矿山高陡边坡现状的分析，结合工程地质条件，提出了削坡减载的高陡边坡恢复治理方案。

（2）从削坡减载角度出发，对矿山A 区和B 区内的高陡边坡进行削坡设计，在自重和地震作用下，A区和B 区削坡后的边坡安全系数分别为1.753 和2.301，均大于边坡最小安全系数，表明此高陡边坡恢复治理参数安全可靠。