新桥矿露天延深开采下盘边坡稳定性分析

新桥矿露天延深开采下盘边坡稳定性分析
李小庆;顾玉成
【摘要】针对新桥矿露天采场延深后的下盘边坡,通过现场调查,资料分析得出边坡失稳破坏的主要模式,采用GeoStudio软件建立下盘边坡模型,分析降雨前后的安全系数,并进行稳定性分析,为了确保后期的安全开采以及最终边坡的稳定性,对边坡防治措施进行了研究,提出了一系列的防治措施.
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2017(032)004
【总页数】4页(P18-21)
【关键词】露天采场下盘边坡;破坏模式;稳定性分析;防治措施
【作者】李小庆;顾玉成
【作者单位】新桥矿业有限公司,安徽铜陵 244000;新桥矿业有限公司,安徽铜陵244000
【正文语种】中文
【中图分类】TD824.7
随着露天采场的不断开采，开采难度日益增大。

我国的大中型露天矿一般设计终了开采高度为300～500 m，有的甚至可达700 m。

深凹露天矿开采过程中，随着开采水平向深部推进，边坡的稳定性会越来越差，滑坡概率也会越来越大，同时对露天矿山而言，加大边坡角度对提高资源回收率和经济效益意义重大，因此，露天采场的最终边坡角、边坡的安全稳定性以及防治措施需要进行专门的研究确定[1-
2]。

2015年，为适应新桥矿露天转地下的工程进度，实现矿山产能的有序衔接和整体的采选平衡，新桥矿启动了矿业公司科研项目《露天采场延深至-156 m水平的优化设计研究》。

目前该设计方案已基本成形，但鉴于安全生产的考虑，有必要对延深后的露天采场下盘边坡稳定性进行针对性地研究分析，并采取一定的防治措施，实现延深开采时的安全生产。

新桥矿露天采场下盘岩体主要由高骊山组砂岩，五通组石英砂岩、志留系粉砂岩组成，渗透系数低，岩石物理力学参数较高，层面倾角一般在40°～60°左右，但由
于高骊山组和五通组内部存在较多的软弱结构面，部分岩组接触面也存在接触破碎带，导致岩体强度降低明显，在遇水软化、力学强度下降的情况下，再加上长期的风化侵蚀，爆破震动，高陡边坡等不利影响，下盘边坡的稳定性问题一直比较突出，发生过数10次大小不一的滑坡，最终形成近乎光面的高陡边坡。

矿区处于圣冲向斜含水构造的南东翼，其底板高骊山组砂岩、五通组石英砂岩及巨厚的志留系粉砂岩为矿床可靠的隔水底板，因此边坡所受的动水压力和浮托力可以忽略，在没有降雨的情况下，边坡岩体主要受到水位线以下静水压力的作用，降雨之后，水位线抬升，静水压力作用增大，同时受到软化作用和冲刷作用的影响，导致稳定性降低。

为了研究预测边坡未来可能的破坏方式和类型，对边坡研究区域内进行了长期的资料收集和现场调查，得出了新桥矿下盘边坡的主要破坏模式：平面滑动破坏、溃屈破坏；次要破坏模式为岩劈破坏、楔形破坏、崩塌[3]。

3#滑坡平面滑动如图1和
1#滑坡溃屈破坏图2所示。

3.1 计算坡面的选取
在本次模拟分析中，根据矿山平面图和地质报告，参照露天采场下盘边坡当前的滑坡现状，拟定分析剖面为16号、29号勘探线。

3.2 建立边坡模型
根据1998年3月冶金部马鞍山矿山研究院所《铜化集团公司新桥硫铁矿露天采场下盘高陡边坡稳定性研究》中的实验数据，并查阅相关资料，得出岩体物理力学参数遇水软化系数为结构弱面和节理0.7，高骊山组和5通组0.85，闪长玢岩0.75，志留系0.85。

确定该稳定性分析采用的边坡岩体物理力学参数见表1[4-5]。

初始参数设置将GeoStudio软件的分析类型设置为稳定流，不考虑空气流的影响。

在新桥露天采场下盘边坡地层中有风化带，接触破碎带，闪长玢岩，高骊山组砂岩，五通组石英砂岩和志留系粉砂岩6种岩性[6-7]。

根据矿区的水文资料，矿区静止
水位大约在+25 m。

所得到的模型如图3和图4所示。

3.3 安全系数的选取
露天开采工程中，安全系数一般可取1.05～1.5，参考《铜化集团公司新桥硫铁矿露天采场下盘高陡边坡稳定性研究》选取的1.18的安全系数，确定本次边坡安全
评价准则为边坡安全系数Fs〉1.2以上是安全的，Fs在1.05～1.2处于极限平衡
状态，Fs〈1.05时则认为不安全。

3.4 考虑降雨影响的必要性
对于边坡来说，长时间的大雨常常是导致边坡产生滑坡的诱导因素，尤其在我国南方地区，降雨期集中，降雨入渗影响显著，结合新桥露天采场所处的铜陵地区常年降雨量较大，多发生连续型暴雨，研究降雨入渗对边坡稳定性的影响十分必要。

3.5 降雨前后安全系数对比
从监测资料看，降雨后单孔水位变化最大可达23.3 m，年平均水位变化在13.8 m 左右，本次计算取20 m。

计算16号和25号剖面的降雨前后的边坡安全系数，
降雨前后安全系数对比见表2。

3.6 降雨前后稳定性分析
从边坡计算结果可以看出，在不考虑降水的情况下，2个剖面不同计算方法的安全
系数都大于1.2，同时具有较高的安全冗余，但考虑降雨入渗后16号勘探线剖面
的安全系数最低降到了1.160，处于极限平衡状态，29号勘探线剖面的安全系数
虽仍然大于1.2，但已经接近极限平衡状态，安全冗余消失，也应该引起足够重视。

对比降雨前后边坡的安全系数，两个剖面的安全系数降低明显，尤其是16号剖面，处于极限平衡状态。

考虑到岩体的不断风化，爆破损伤的累积，降雨冲刷等不利因素，两个边坡的安全稳定都应引起足够重视，加强管理，并采取一定的防治措施，确保边坡安全。

由于新桥矿下盘边坡已形成高陡边坡，高度大于400 m，根据生产任务还要继续
开采到-156 m水平，从边坡防治措施来看，采用单一的措施是很难实现边坡稳定的。

因此，根据不同的边坡实际，因地制宜，采取针对性较强的处理措施是合适的。

4.1 削坡减载
新桥露天采场下盘边坡26线附近+144 m平台上部坡面滑坡严重，导致坡底截水沟损坏，为治理该区域滑坡，疏通截水沟，2015年8月提出了削坡减载的处理方案。

在+163 m原有平台使用挖掘设备清理坡面岩石，削平坡面，向东部推进，形成宽3 m的作业平台，以44°坡面角向上形成坡面，同时将+144 m平台被滑坡
体覆盖的原坡底线通过挖掘设备内进5 m（即以原水沟为基准内进2 m），坡面
角变为35°，降低该平台负载。

4.2 控制爆破
为了降低爆破地震效应对边坡稳定性的不利影响，应采用控制爆破降低爆破地震效应。

1）预裂爆破。

目前新桥矿露天采场采用的是预裂爆破技术保护最终边坡，具体参数为孔距1 m，孔径90 mm，采用间隔不耦合装药。

2）严格控制最大段起爆药量和总药量。

针对新桥矿露天采场目前的生产现状，把单响药量控制在800 kg左右，同时也必须控制1次爆破的总药量，6 t以下比较
适宜。

3）采用逐孔起爆技术。

目前新桥矿露天采场采用的是排孔起爆技术，相比于逐孔起爆，震动峰值高，对边坡破坏大，为了减小爆破震动对边坡的影响，拟全面采用逐孔起爆技术。

4.3 支护
1）喷锚网+长锚索。

喷锚网是井下支护经常采用的支护方式，与长锚索结合，既能发挥喷锚网支护效果好，适用岩性广的优点，又能发挥长锚索支护范围大，强度高的特点，新桥矿露天采场东部采用此种支护方式。

2）喷锚网+长锚索框架支护。

在喷锚网+长锚索支护的基础上加上框架，连接各个锚杆和锚索，适用于边坡治理难度大，重要边坡的支护。

3）抗滑桩支护。

该种支护方式应用广泛，多用于潜在滑动面靠近边坡的位置，施工周期短，成本较低，但不适用于岩体破碎的边坡，难以维护边坡的稳定。

新桥露天采场下盘+144 m平台14和15线附近运用过该种支护方式。

4）防渗膜护坡。

为防止雨水渗入，增加松散土体自重并使其力学性质降低，从而引起边坡滑移失稳，可对出现开裂滑移的平台和坡面铺设防渗膜，该方案成本低，施工工艺简单，尤其对松散土体效果显著[8]。

4.4 导水治水
新桥矿露天采场规模较大，汇水面积广，尤其是下盘高陡边坡，必须加强截水导水通道的建设。

对于一些主要的安全平台，如+144 m，+72 m，+36 m等，在未被滑坡破坏的区域修建截水沟，使截水沟水平以上的边坡汇水汇入截水沟，并修建与截水沟相通的导水沟，将边坡汇水导出采场之外，减少上部汇水对下部边坡和平台的冲刷侵蚀，也减轻了露天坑底水仓的排水压力。

4.5 变形监测
新桥矿露天采场现已建立起完善的变形监测系统，通过该系统能实时的监测边坡的
变化，预测边坡破坏的发生，对确保边坡的安全，提前采取治理措施具有十分重要的意义。

1）对边坡研究区域内进行了大量的资料收集和现场调查，得出了新桥矿下盘边坡的主要破坏模式为平面滑动破坏、溃屈破坏；次要破坏模式为岩劈破坏、楔形破坏、崩塌。

2）从边坡计算结果可以看出，在不考虑降水的情况下，2个剖面不同计算方法的
安全系数都大于1.2，同时具有较高的安全冗余，但考虑降雨入渗后16号勘探线
剖面的安全系数最低降到了1.160，处于极限平衡状态，29号勘探线剖面的安全
系数虽仍然大于1.2，但已经接近极限平衡状态，安全冗余消失，也应该引起足够重视。

3）对比降雨前后边坡的安全系数，两个剖面的安全系数降低明显，尤其是16号
剖面，处于极限平衡状态。

考虑到岩体的不断风化，爆破损伤的累积，降雨冲刷等不利因素，2个边坡的安全稳定都应引起足够重视，加强管理，并采取一定的防治措施，确保边坡安全。

4）由于新桥矿下盘边坡已形成高陡边坡，高度大于400 m，根据生产任务还要继续开采到-156 m水平，从边坡防治措施来看，采用单一的措施是很难实现边坡稳定的。

因此，根据不同的边坡条件，因地制宜，综合采用削坡减荷，控制爆破，支护，截水导水，变形监测等防治措施来确保边坡的安全稳定。

【相关文献】
［1］李旺．云南某露天矿边坡破坏机理与稳定性研究［D］．昆明：昆明理工大学，2008．［2］杨天鸿，张锋春，于庆磊，等．露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势［J］．岩土力学，2011（5）：1437-1451．
［3］幸文宬．先锋煤矿采场北帮边坡滑坡分析与研究［D］．昆明：昆明理工大学，2011．［4］冯西桥．铜化集团公司新桥硫铁矿露天采场下盘高陡边坡稳定性研究［R］．马鞍山：冶金
部马鞍山矿山研究院，1998．
［5］刘红丹．庙沟铁矿岩体强度指标的确定及稳定性评价［D］．沈阳：东北大学，2011．［6］赵天彪，苏培东．云南牟定县安益铁矿高边坡稳定性数值模拟研究［J］．内江科技，2014（4）：119-120．
［7］金文佳，杨泽，侯克鹏，等．尖山边坡稳定性的三维动态数值模拟分析［J］．有色金属(矿山部分)，2010（6）：42-45．
［8］韩斌，郑禄璟，王少勇，等．复杂破碎露天边坡的综合加固技术［J］．中南大学学报(自然科学版)，2013（2）：772-777．。