露天矿边坡稳定性分析方法的选择和应用

露天矿边坡稳定性分析方法的选择和应用
曾庆伟
（瓮福集团瓮福磷矿穿岩洞矿，贵州　福泉　５５０５００）
摘 要：近年来，随着我国多地区露天矿山的开采，这些地区大都存在一定程度的矿山边坡不稳定的现象，这些矿边坡不稳定现象容易造成相应地区的滑坡以及泥石流，甚至通过一定的力学作用使得这些区域出现相应程度的坍塌，对周围区域环境造成严重破坏，本文将会进一步探索矿边坡稳定性分析方法的选择以及应用。

关键词：矿边坡：稳定性：分析方法
中图分类号：ＴＤ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０５－０１６３－２
Selection and application of slope stability analysis methods in open-pit mines
ZENG Qing-wei
（Ｗｅｎｇｆｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｗｅｎｇｆｕ　Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　Ｍｉｎｅ　Ｃｈｕａｎｙａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍｉｎｅ，Ｆｕｑｕａｎ　Ｇｕｉｚｈｏｕ，５５０５００）
Abstract: Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｅｎ－ｐｉｔ　ｍｉｎｅｓ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ，　ｍｏｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ａｒｅａｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅｓ．　Ｔｈｅｓｅ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅｓ　ａｒｅ　ｌｉｋｅｌｙ　ｔｏ　ｃａｕｓｅ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ　ａｎｄ　ｄｅｂｒｉｓ　ｆｌｏｗｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｒｅａｓ，　ｅｖｅｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｅｒｔａｉｎ　Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｃｔｉｏｎ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅｓｅ　ａｒｅａｓ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｔｏ　ａ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｄｅｇｒｅｅ，　ｃａｕｓｉｎｇ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ａｒｅａ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，　ｓｏ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｗｉｌｌ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｅｘｐｌｏｒｅ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ．
Keywords: ｍｉｎｅ　ｓｌｏｐｅ；　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ
露天矿山边坡的不稳定对于周围很多的区域造成了严重的破坏，所以露天矿山边坡的稳定性越来越受到人们的关注，但是露天矿山边坡的稳定性会受到各种因素的影响，其中直接的影响因素就是矿边坡的地质条件，所以本文将深度的探讨有关露天矿山边坡稳定性分析方法。

1 露天矿山边坡稳定性分析的常规步骤与不足
1.1 露天矿山边坡稳定性分析的常规步骤
进行露天矿山边坡稳定性调查分析有着基本分析步骤，首先要对所要调查的矿边坡进行地质勘查，然后对相关区域进行具体特点的划分并采取样本；接着利用边坡的岩石样本进行室内物理力学实验，了解所调查矿边坡的岩石力学特点，进一步得到矿边坡不同区域的力学参数；对样本所在区域进行调查和分析，通过计算分析得到相关的岩石稳定性系数，并且进行具体的稳定性系数的代入，从而能够更加深入的调查有关区域的边坡区域的稳定性状况。

1.2 目前露天矿边坡稳定性分析方法的不足
目前针对于露天矿边坡的稳定性分析有了一定基础的调查步骤，但是在进行具体的分析的时候很多的方法和步骤在运用时并不精确，所以目前露天矿边坡稳定性分析方法还有比较大的不足需要我们改进。

对于目前的矿边坡稳定性分析的方法来说，不足之处主要有：
（1）相关的结构面的选取样本比较局限于局部。

我们在进行露天矿山边坡岩石的结构面选取的时候，主要是进行整个露天矿山边坡的区域划分，进行组合式的勘探，但是在具体的应用过程中很多的物理实验人员，却把局部的结构面的地质力学特点作为整个矿边坡或者整个分区域来进行研究，这就容易导致在相关的力学参数以及很多的稳定性系数的获取的时候，出现相对的误差。

（2）结构面计算参数求解的不足。

在进行相关的力学参数获取的时候，很多参数在试验中获取的过程比较复杂。

地质岩石的不确定性，调查的矿边坡稳定性特点并不能有效的呈现出理论的规律系数，所以在进行有关的稳定性系数的获取的时候，可能需要依靠多方面的调查资料才能有效精准的确定相关区域的稳定性状况的，试验人员会因为有的资料获取的不便，而采取单一结构面的相关资料来确定复杂的稳定性系数，因此可见目前很多的稳定性系数的获取存在一定的缺陷，同样的利用这种不够精确的稳定性系数对整个矿边坡进行分阶段的衡量时，显然稳定性结果也会存在一定的偏差。

2 边坡稳定性精准评价方法的提出
考虑到常规分析中存在的不足，为了更准确获取露天矿山边坡稳定性的评价结果，接下来提出了“精度、精细、精确、精准”的边坡稳定性精准评价理念及其解决办法：（1）边坡分析尺度的精度划分。

露天矿山边坡的工程岩体中发育有不同规模的结构面，不同规模、不同空间位置的结构面对矿山边坡稳定性影响的程度和范围必然不同。

考虑结构面位置和结构面规模对总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡稳定性的差异化作用，分别开展不同等级边坡的分级建模与破坏模式分析，正所谓“一把钥匙开一把锁”，可为系统评价露天边坡稳定性提供客观真实的计算模型。

（2）不同范围结构面的精细量测。

结构面有大有小、有长有短，对普遍受结构面控制的露天矿岩质边坡而言，必须重视不同级别结构面的影响，对不同尺度与影响范围的结构面进行精细量测，获取其控制性优势结构面。

（3）结构面参数的精确获取。

结构面不仅尺寸规模不同，而且结构面的粗糙程度、起伏程度各有不同，由此导致结构面的抗剪参数亦不相同。

因此，针对不同结构面，进行稳定性计算时必须提供针对性的剪切参数，如此才能确保边坡稳定性计算结果的准确性。

（4）与破坏模式相对应稳定性分析方法的精准选取。

在《有色金属采矿设计规范》（GB50771-2012）和《冶金矿山采
收稿日期：２０２１－０２
作者简介：曾庆伟，男，生于１９８８年，汉族，贵州遵义人，本科，工程师，
研究方向：采矿工程。

163
164矿设计规范》（GB50830-2013）中均明确规定“边坡稳定性计算应以极限平衡法为主”，但极限平衡法的计算方法有很多，如简化Bishop 法，摩根斯坦-普赖斯法，Sarma 法，传递系数法，楔体法等，不同方法对应不同的破坏模式。

因此，只有准确判定边坡可能的破坏模式，在此基础上选择相应的极限平衡计算方法，才可能获得准确的边坡稳定性评价结果。

3 现状边坡稳定性分析的应用实践
穿岩洞露天矿位于贵州省福泉市与瓮安县交界处，属于工程地质条件简单的矿区。

采场现状露天境界内最高标高1392m，最低标高996m，现状回采境界尺寸南北长约1650m，东西宽约1010m，台阶高度12m。

根据对采场东南部区域1080m~1392m 平台边坡的现场调查，结合开采现状和地形条件，本次应用实践范围主要为东南帮边坡。

通过现场对岩体结构面调查统计与分析和获得的边坡岩体结构面抗剪强度计算结果，将穿岩洞矿边坡区域东南方向进行了10个剖面的划分，
具体剖面位置如下图所示。

图
1 露天矿开采界限划分图
图2 露天矿边坡剖面图
（1）穿岩洞矿边坡安全系数判断标准的提出。

现状开采条件下，穿岩洞矿露天边坡最高为384m，如果边坡发生失稳，则会对采场内作业人员的生命造成威胁，因此，边坡危害等级属“严重”，按《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB51016—2014）可评定为工程安全等级为Ⅰ级；本次计算分析穿岩洞露天边坡安全系数统一按表1的标准进行评价。

表1 穿岩洞矿露天矿边坡稳定安全系数评判标准
评价状态现状边坡及终了边坡（Ⅰ级边坡）
荷载工况荷载组合Ⅰ荷载组合Ⅱ荷载组合Ⅲ稳定＞1.25＞1.23＞1.20基本稳定 1.25~1.20 1.23~1.15 1.20~1.10欠稳定 1.20~1.00 1.15~1.00 1.10~1.00不稳定
＜1.00＜1.00＜1.00
（2）现状边坡稳定性力学计算方法选择与分析。

从穿岩
洞矿边坡现状来看，边坡的稳定受到相应的岩体结构面具体
力学参数以及具体结构面地质特点影响，所以在进行边坡稳
定性分析时，应该对不同岩石的结构面进行具体的划分，不同的边坡稳定性相应的还受到不同的岩石地质的破坏程度的影响，所以在进行有关的地区结构面的分析的时候，应该加强对不同的结构面进行分区域的破坏程度的具体分析。

通过确定的岩体力学参数、结构面抗剪参数等，进行组合式以及台阶组合式、台阶式的分级划分，同时由于不同的结构面的地质特点不同，相应的边坡岩石的破坏程度也有着明显的差别。

因此，本次应用的稳定性系数求解方法主要选择了极限平衡法和强度折减法。

对现状边坡10个剖面分别采用基于极限平衡法和强度折减法在边坡结构面三种工况条件下进行具体稳定性参数的计算，计算结果见下表。

表2 现状边坡各剖面安全系数计算结果（极限平衡法）
剖面号Bishop
Morgenstern-price
自重自重+爆破振动自重+地震自重
自重+爆破振动自重+
地震
1线
2.068 2.022 1.840 2.062 2.017 1.8382线 1.825 1.788 1.637 1.822 1.784 1.6343线
3.015 2.937 2.629
3.009 2.930 2.623
4线 2.393 2.344
2.137 2.388 2.339
2.1345线 6.060 5.869 5.118 6.049 5.858 5.1096线 1.825 1.788 1.636 1.820 1.783 1.6347线 2.621 2.567 2.335 2.615 2.561 2.3318线
3.307 3.228 2.896 3.301 3.222 2.89121+150线 2.596 2.529 2.275 2.590 2.523 2.270
21线 2.378
2.326 2.114 2.373
2.322 2.109表3 现状边坡各剖面安全系数计算结果（强度折减法）
剖面号自重自重+爆破振动
自重+地震
1线 2.45 2.37 2.142线 1.98 1.94 1.763线 3.38 3.34 2.974线 2.82 2.75 2.475线 6.88 6.71 5.806线 2.05 2.01 1.837线 2.71 2.73 2.568线 4.28 4.13 3.6921+150线 2.82 2.77 2.4621线
2.72
2.64
2.40
（3）应用成果。

在具体矿边坡稳定性分析状况中，由于
不同的矿边坡破坏程度不同，相应的稳定性系数求解以及应用的方法也存在着具体的差别，所以在进行相关应用中会选择不同方法。

通过采用极限平衡和强度折减法对穿岩洞矿整体边坡进行稳定性计算，现状条件下边坡安全系数均较大，边坡处于稳定状态。

4 结语
通过对穿岩洞矿现状边坡稳定性分析提出的精准评价方法，对穿岩洞矿边坡进行不同区域的划分，分别采取极限平衡法以及强度折减法进行计算，准确获取了现状边坡安全系数，经与穿岩洞矿露天矿边坡稳定安全系数评判标准对比，穿岩洞矿现状边坡的稳定性较好。

[1] 王政东，方晓等.露天矿边坡稳定性分析[J].矿边坡稳定性方法的选择
分析，2018，22（20）：20-21.
[2] 段志华,王铃等.关于露天矿边坡稳定性状况的相关分析[J].矿边坡稳
定性方法探索，2019,14（22）：50-51.。