露天矿山高边坡稳定施工技术与安全控制有效措施研究

赵生河

(山西巨能爆破工程有限公司，山西 太原 030000)

矿产资源开采的一个重要方式是露天矿开采，通过现有资料调查可以确定，我国绝大部分建筑材料开采，都是从露天采矿而来。在露天采矿不断发展中，高边坡稳定性问题，成为矿山资源开采中的一项重点内容。露天矿高边坡有临时性边坡或者永久性边坡，该类边坡通常为岩质边坡，边坡陡峭、开挖时间长，是复杂结构群体。随着露天开采高度的不断提升，矿体边坡发生滑坡、倾倒的几率也随之增加。一旦发生安全事故，不仅影响开采工作的顺利实施、影响效益的创造，甚至会对生产人员生命财产安全产生威胁。因此，露天矿山开采中，相关负责人、工作人员给予高边坡稳定施工技术应用、安全控制工作更多关注，创造安全工作环境。

1 高边坡稳定性分析

在水电工程、铁路工程、公路工程以及矿山工程中，高边坡稳定性控制问题，直接影响生产安全、生产质量。在露天煤矿开采中，高边坡稳定性控制具备复杂性，控制工作存在困难[1]。煤矿开采、生产时，需要开展挖掘、爆破等工作，此类工作直接影响高边坡稳定性。在煤矿开采中，人员投入具有集中性特点，高边坡安全控制工作，确保高边坡稳定性，是确保人员安全、矿场财产安全的前提保障。露天煤矿开采中，高边坡稳定性控制需要工作人员围绕岩土体介质力学性质展开，采取合理的开采技术施工方案。注意采掘爆破工艺技术优化，减少爆破对永久性边坡的振动、破坏等影响，创造安全开采环境。

在近些年社会发展中，先进计算机技术、工程技术得以进步，在高边坡稳定性控制中，有着很多先进经验。通常情况下，在预测高边坡整体稳定性时，可以借助遗传程序设计理论，创建数据模型。对于岩体岩石滚落路径、能量分布、休止点等，要进行有效的模拟分析、稳定性计算，与此同时，完成防护墙受到的应力、应变情况，进行动态数值模拟与分析，这样可以准确评估高边坡稳定性情况。结合具体情况，制定稳定性控制措施，提升高边坡稳定性。

2 露天矿山开采时高边坡破坏机理

露天矿山开采时高边坡破坏机理主要体现在以下几点。

1)阶梯状蠕滑—拉裂机理。通常情况下，在平行边陡坡、缓两组结构面控制的高边坡中，容易出现阶梯状蠕滑—拉裂问题。平面滑移变形为主要变形方式，往往发生在坚硬状岩体高边坡，或者厚层岩体组成的高边坡中，变形问题主要是由上至下传递。在阶梯状蠕滑面平均倾角，与结构面残余摩擦角较为接近情况下，容易发生变形情况。

2)倾倒变形。倾倒变形问题容易发生在走向与坡面近乎平行的陡倾层状岩体中，倾倒变形又被人们称之为弯曲-拉裂，或者弯曲-倾倒变形。其岩体为下伏软弱基座的高陡边坡，边坡底部位置会受到上覆岩体压缩作用影响，出现不均匀压缩变形问题，导致坡体受倾覆力矩朝外倾倒。

3)高应力—强卸荷深部破裂机理。在河流边岸、基坑挖掘面，很容易出现高边坡，具备深部荷载，同时还会伴随深部张裂问题的出现，也就是高应力—强卸荷深部破裂机理[2]。出现这一问题的主要原因是，高地应力、边坡深部，存在着一定的外部条件，有利于应力释放结构面、底部快速下切导致的边坡内在应力快速释放。

3 露天矿山高边坡稳定施工技术

在露天矿山高边坡稳定施工技术中，涉及到很多不同技术，光面与预裂控制爆破技术是其中的重要组成部分，在保证高边坡稳定性中发挥着重要作用。预裂控制爆破技术主要是指，工作人员按照设计轮廓线钻凿单排窄孔距、密集平行预裂炮孔，通过不耦合装药、减少装药量方式等，在待爆区域主炮孔爆破之前，提前起爆预裂孔，这样提前设计的轮廓线，能够形成平整预裂线，形成预裂缝后起爆主炮孔。预裂控制爆破技术经过多年的实践，已经成为控制开挖轮廓线采取的主要爆破技术之一。该项施工技术在应用中，可以减少爆炸应力波对围岩的影响，预留边坡上的浮石、危石、坡面裂缝等危害问题的发生几率大大降低，为后期安全生产奠定基础，从而获取更加平整、光滑的岩石壁面，减少超挖、欠挖问题，在装运、回填、支护等不同环节工作中，节约更多成本，保证边坡稳定性[3]。因此，预裂控制爆破技术被广泛应用在露天矿高边坡施工、水工建筑施工等不同环节中。施工技术的具体应用如下。

1)工程概况。在某露天矿山开采项目中，矿山采用三级道路开拓运输方式。主运矿道路里程是0K+000.00m—3K+219.50m，沿线山坡都需要进行爆破施工。该工程项目中爆破施工难点主要集中在3K+113.30m—3K+219.50m位置，该路段的爆破高度为20m—30m。为给后续施工创造良好条件，施工人员要尽快完成3K+113.30m—3K+219.50m路段的爆破施工。风化白色大理岩、灰色结晶灰岩，为该路段山体的重要组成部分，岩层节理、裂隙处于不断发育中，破碎问题较为严重。原山体植被发育、坡度在45°～60°之间，边坡坡度设计为1∶0.2。在爆破区域路基北侧大约25m位置，已经有一段路基已经竣工。3K+067.94m位置路基左侧，是运矿道路施工用空压机站，以及设备管理人员的值班场所，施工过程中禁止对此类区域造成破坏。

2)选取爆破方案。该工程项目施工中，爆破方案可以选用硐室松动控制爆破方式、浅眼爆破方式、深孔松动控制爆破方式等。该路段的路堑开挖高度通常在20m～30m之间，山高陡峭，硐室爆破方式无法实现对开挖边坡的有效控制，而且无法在半山坡上采取人工作业方式，因此，硐室爆破方式不合理[4]。浅眼爆破方式飞石控制难度较大，可以减少超挖、欠挖问题，但施工持续时间较长，起爆次数较多，不具备经济性。在该段山体上表面覆盖土大约为1.0m，机械设备无法在山坡上进行表层土清理，人工清理方式浪费时间、精力。除此之外，该路段的路堑开挖施工要尽快完成，防止对后续施工产生影响。工作人员通过分析施工现场实际情况、工程项目进度，决定采用高边坡预裂控制爆破技术方式，将一排预裂孔设置在路堑开挖轮廓线上，目的是将边坡坡度控制在合理范围内，防止超挖、欠挖问题。

3)选取施工机具。在确定采取高边坡预裂控制爆破技术施工方式后，工作人员结合现有情况，选择YQ-100型潜孔钻机，钻机的钻孔直径为100mm[5]。机械无法到钻机平台中清理，所以，要配备手持式小风钻人工配合完成施工，工作人员要将潜钻孔机架抬到山上。

4)爆破设计。在爆破设计中，要做好以下几点工作：确定台阶高度，台阶高度的确定，要围绕钻机型号、设计要求的路基高程展开，该工程项目中最上层台阶高度是11m—17m，下一层台阶高度为10m。3K+113.30m—3K+219.50m路段，被分为两个台阶，施工时要开始最上层台阶的爆破施工；选取爆破参数，在高边坡预裂控制爆破技术应用中，将预裂孔设置在预留边坡位置，主炮孔位置起爆，预留边坡处需形成预裂缝，预裂缝大小在5～10cm之间，边坡要实现平滑性、稳定性。爆破时，采取高边坡预裂控制爆破方式，预裂孔遵循一字型布置原则，同时，主炮孔为梅花形布置方式，主要目的是实现高边坡一次成型；预裂孔的炮孔倾角是1∶0.2，采取不耦合装药方式[6]。要注意钻孔超深，主要目的是克服底板产生的阻力，确保爆破后不形成根坎。台阶高度高、坡面角小、底板抵抗线大，岩石也就愈发坚硬，超钻深度也要越大。对于超钻深度并没有明确规定，但要确保各个台阶爆破孔底落在相同高程上，从而保证爆破底部岩面平整，为下一层爆破提供便利。

4 露天矿山高边坡稳定施工安全控制措施

4.1 加强安全监测

在高边坡稳定施工安全控制过程中，安排专门工作人员做好安全监测工作，围绕煤场周围环境情况、地质条件情况、边坡坡度、滑落次数等，创建数据模型，并开展高边坡稳定性、安全性监测工作。实际监测中，为达到良好监测效果，合理应用电子经纬仪、全站式速测仪等先进设备。借助软件系统，实现对不同数据信息的快速处理，为险情预报提供保障。在高边坡稳定性、安全性监测中，一旦发现问题及时联系负责人，实现问题的有效处理，创造安全工作环境，保证施工安全、施工质量。在安全监测中，工作人员发挥着不可替代的重要作用，如果安全监测工作人员能够对安全监测的重要性有着全面把握，那么安全监测工作的顺利实施得以保障，达到良好监测效果[7]。因此，要定期做好监测人员的教育培训，帮助监测人员掌握高边坡稳定施工重点、注意事项、施工流程等，这样才能在监测中及时发现不足，并作出调整与完善。对于在安全监测中表现较好的监测人员，相关部门要给予奖励，调动监测人员的工作积极性，在未来工作中端正工作态度，认真、严谨对待安全监测工作，确保高边坡的安全性、稳定性。

4.2 确定安全控制重点

在高边坡施工安全控制中，工作人员要确定安全控制重点内容，并将安全控制落到实处，避免安全事故。在确定安全控制重点，实施安全管理时，要注意以下几点：1)强化工作面坡脚控制。在设置安全坡脚、边坡坡度时，要根据边坡岩体地质层具体情况展开，并将安全监测获得的数据信息作为参考依据，确保设置合理性。如果坡度出现超出安全坡度情况，工作人员要及时加固；2)设置抗滑桩或者锚杆加固。如果高边坡稳定性无法保证自然稳定，工作人员要落实坡面的滑面分析工作，确定内摩擦角值，并准确计算抗滑桩支撑推力，从而明确抗滑桩根数[8]。在出矸石线施工中适合设置抗滑桩，岩石层边坡要及时开展锚杆加固。采用水平锚杆加固方式，增加岩层迭层厚度，强化复合抗变刚度，尽量避免边坡倾倒造成位移；3)采区安全管理。在控制采区工作面时，要防止出现超挖情况，优化、调整采区位置，将采挖控制在合理范围内，这对于露天煤矿高边坡稳定性、减少高边坡变形、保证安全生产，具有重要意义。

4.3 加强综合管理

露天煤矿开采过程中，高边坡综合管理是安全管控中的一项重点工作，在其中涉及到很多不同内容，比如，工作人员要将安全警示标志，设置在高台阶区域内，科学设置安全挡墙、警戒带、警示牌等；无关人员禁止在高台阶区域内逗留；高台阶区域施工中，安排专门工作人员监管，及时发现并解决施工中出现的问题；及时监测高台阶边坡稳定性情况，一旦发现异常情况，及时上报相关部门，并撤离工作人员、机械设备，设置安全警示标识，保证施工安全；在白天进行高台阶区域施工，避免在夜晚或者能见度较低环境下施工；高台阶区域作业开始之前，工作人员要检查高台阶坡顶是否存在裂纹，坡面是否存在浮石、片帮等问题，如果出现异常情况禁止施工[9]。

综合管理中，工作人员要给予生产环节管理足够重视。生产时的操作管理，直接影响高边坡稳定性，特别在爆破施工中，会对高边坡产生振动影响，容易引发变形问题[10]。基于此，爆破作业开始之前，工作人员要做好安全防护，确保工作人员、机械设备在撤出高台阶危险区域后进行起爆；爆破施工中，距离高台阶坡顶线10m位置，以及坡底线30m内，禁止工作人员停留，以及摆放机械设备。安排专门工作人员分析爆破施工地震波，对高台阶坡面稳定性的影响，制定针对性调整措施，将地震波影响降到最低；借助钻机打预裂孔时，要注意钻孔倾角，按照设计边坡角度开展作业；推土机、前装机要在高台阶下完成底板清理工作，距离破底线10m内，禁止采取平行破底线作业方式；高台阶区域内，禁止停放运输卡车、生产指挥车、工程设备等；在端帮路行驶的生产指挥车、中巴车等，要与高台阶坡底线保持合理距离，通常要距离2～3m。

5 结语

综上所述，保证高边坡施工稳定、安全，是露天矿山开采中的一项重点工作，通过合理应用高边坡稳定施工技术，强化安全控制，为工作人员创造安全工作环境，避免安全事故，创造更多效益。要特别做好综合管理工作、安全监测工作，确定安全管控重点，将安全管理融入到不同环节工作中。此外，开采工作开始前，安排专门工作人员做好调查工作，了解采区现场环境情况、地质情况，制定合理施工方案，推动施工的顺利实施，减少质量问题与安全事故。