杏山铁矿露天转地下开采边坡变形分析

平 开 采 对 边 坡 应 力 场 、 移 场 的 影 响 ， 果 表 明 受 地下 开 采扰 动 的影 响 ， 究 区域 位 移 沉 降 明 显 ， 部 岩 位 结 研 下
体位移方 向指向采空区 ， 易出现塌落破坏 以充填地 下采 空区 ， 上部岩体位移方 向沿坡 面指 向采坑底 ， 易
出 现 牵 引式 滑 动破 坏 。
ｕ ｅ ｇ ｏ ｎｄ ｍ ｉ ｎｇ ａ ｔｉ ｉ ｌ ａ ｅ ｃ ｌａ ｓ ｍ ａ ｅ ｉ ｈ ｏ ｒｒ ｃ ａ ｓ ａ ｌ ｉ ａｌ ｒ ｎ ｔ ｅ ｕ ｐ ｒ ｎｄ ｒ ｒ ｕ ｎｉ ｎｄ ｉ ｓｌｋｅｙ ｃ ｕｓ ｏ ｌｐ ｅ ｄａ ｇ ｎ ｔ ｅ ｌｗｅ ｏ ｋ ｍ ｓ ｎｄ ｓｉ ｎｇ ｆｉｕ ｅ ｉ ｈ ｐ ｅ ｄ
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图 ３ Ｉ、 区 结构 面 赤 平极 射 投 影 图 Ⅲ
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四个 区 域 。 如 图 ２所 示 。
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Ⅱ
歌体界 限 ４２ 】 ２
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边 坡东北 部 由于不 连续 面 的切割作 用 及其受 到
断层 的影 响较小 ， 以及 地下 矿体逐 渐 远离该 区 ， 开采
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一二
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Ｉ Ｖ 体界限 ／
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活 动对 其影 响逐 渐减小 ， 因而将其 划分 为 Ｉ区 ， 坡 边 的西南 部受 到不 连续结 构 面的切 割作 用及 断层 的影 响较大 ， 以及 地下 矿体 主要 赋存在 该部 位边 坡 以下 ， 开采 对坡 体影 响很 大 ， 因而将 其划 分为 Ⅲ区 ， ３为 图
ＴＨＥ ＰＲ０ＣＥＳ Ｓ ＦＲ０Ｍ ＥＮ． Ｉ ０Ｐ Ｐ Ｔ ＴＯ ＵＮＤＥＲＣＲ０ＵＮＤ ＭＩ ＮＧ Ｎ ＮＧＳ ＮＩ Ｉ ＸＩ ＨＡＮ ＲＯＮ Ｉ Ｉ Ｍ ＮＥ
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基 金 项 目 ：十一 五 ” “ 国家科 技 支撵计 翅【 点项 目（０８ Ａ ３Ａ ４ ； 重 ２０Ｂ Ｂ２ １ ）
国家 自然 科 学基金 资 助项 目（ １３０ １ ５０４０ ）
形规 律进行 分 析 ， 为露 天 转 地 下 开采 的设 计 优 化 和 安全 开 采提供 依据 。
作 者 简 介 ： 海 涛 ， 师 ， 读 博 士 研 究 生 ， 要从 事地 下 工程 与 邱 讲 在 主
（ ｃｏｌｆＣｖ ｎ ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｎ ｉｅ ｉ Ｕ ｉ ｒｔ ｃ ｎｅａ ｄ Ｓｈ ｏ ｏ ｉｌ ｄＥ ｖ ｏ ｍ ｎａ ｇｎｅ ｎ ｉａ ｒ Ｅ ｒ ｇ， ｎｖ ｓｙｏ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｉ ｆ ｅ
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图 １ 采场 滑 坡 和 顶 部 裂 缝
Ｆｉ．１ Ｍ ｉ ｎ ａ ｄｓｉ ｅ ａ ｄ ｃ ａ ｋｓａ ｈｅ ｔｐ ｏ ｈｅ ｓｏ ｅ ｇ ｎｉｇ ｌ ｎ ｌｄ ｎ ｒ ｃ ｔｔ ｏ ｆｔ ｌ ｐ
１２ 杏 山铁矿 露天 转地 下开 采边 坡工程 地质 分 区 ．
图。
综上 表 明在杏 山铁 矿露 天转 为地 下开 采 的过程
中 ， Ⅲ区坡 体最 为 不稳 定 ， 以 Ⅱ区稳 定 性 次 之 ， Ｉ区
和 Ⅳ 区稳 定性 较好 。
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图 ４ Ｉ、 Ｉ Ｉ 结 构 面 赤 平 极 射 投 影 图 Ｖ区
第 ２ ０卷
第 ２期
矿
冶
Ｖｏ． ０， Ｎｏ ２ １２ ．
２１ ０ １年 ６月
ＭＩ ＮＧ ＆ ＭＥ ＮＩ ＴＡＬ ＬＵＲＧＹ
Ｊｎ ２ １ ｕｅ ０１
文 章 编 号 ：０ ５— ８４ ２ １ ）２— ０ １— ４ １０ ７ ５ （０ １ ０ ０ ０ ０
杏 山铁 矿 露 天 转地 下 开采 边 坡 变 形 分 析
比的增加 ， 天开采 不仅 技术 难 度加 大 ， 且经 济上 露 而 也 不 再可 行 ， 而 由露 天 转 为 地 下 开 采 势 在 必 行 。 因
收 稿 日期 ：０ １ ２— ３ ２ １ —０ ２
和各 种外 界条件 ， 用 基 于 有 限 差分 原理 的数值 模 利
拟软 件 ， 杏 山铁矿 露 天 转 地 下 开采 岩体 边 坡 的 变 对
ＡＢＳＴＲ ＡＣ Ｔ ：Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏｔ ｅ ｃ ｍ ｂ ｎ ｔｏ ｅ ａｉ ｎ ｂ ｔ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｌｓ ｒａ ｅ ａ ｄ ｓｏ ｅ ｓ ｒａ ｅ，ｃ ｎ ｉ ｏ ｓｏ ｎ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｉ ａｉ ｎ ｒ ｌｔｏ ｅｗｅ ｎ ｓｒ ｃｕ ａ ｕ ｆ ｃ ｎ ｌｐ ｕ ｆ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ｆａ － ｉ
计算模 型 向为 正 北 向 ， 北 向各 长 ３ ０ ｍ， 南 ２０ Ｙ 方 向为正 西 向 ， １０ ｍ， 向 高 ５ ０ 其 中边 坡 长 ５ ０ 方 ０ ｍ， 高 ３ ０ 坡 底 以下 ２ ０ ０ ｍ， ０ ｍ。总共 划 分 为 １ ８ ０ ９ ０ ０个 单 元 ，０ ２ ４个 节 点 ， 拟 中 根 据 现 场 实 际 情 况 设 置 ２４０ 模
邱 海 涛 等 ： 山铁 矿 露 天 转 地 下 开 采 边 坡 变 形 分析 杏
而边 坡 西北部 和 东南 部结 构 面及地 下 开采影 响 程 度 介 于 Ｉ区和 Ⅲ区之 间 ， 对 而言 西 北 部 的影 响 相 较 东 南部 的较 大 ， 因而 将西 北部 划分 为 Ⅱ， 南部 划 东 分 为 Ⅳ ， ４分 别 Ⅱ、 区域 的结构 面赤 平极 射投 影 图 Ⅳ
ｄ ｒｎ ｈ ｏ ｅ ｓｏ ｄ ｒ ｒ ｕｎ ｎ ｎ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅｐｒ ｃ ｓ ｆｕｎ ｅ ｇ ｏ ｄ ｍｉ ｉ ｇ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｄ ｓ ａ ｅ ｅ ｔｓ ｂｓｄ ｎ ｅ ｏ ｈ ｔ ｙ ａ ｅ ｓａｆ ｃ ｅ ｙ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｗ ｉｐｌｃ ｍ ｎ ｕ ｉ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｓｕｄ ｒ ａ ｉ ｆｅ ｔｄ ｂ ｓ
为 了更加 确切 地反 映地 下开采 过程 中边 坡岩体
滑移 的 客观实 际 情 况 。根 据 岩体 结 构 特 征 、 体 不 岩
Ｉ ４ ３ｌ ２ （ －
连续 面特 征 、 坡 特 征 、 下 矿体 赋 存 特 征 、 下 矿 边 地 地
Ｆ９
体 开采 影响程 度 等 ， 将露 天 矿 边坡 分 为 Ｉ Ⅱ、 、 、 Ⅲ Ⅳ
边坡稳定性方面的研究 。
矿
冶
１ 杏 山铁 矿 露 天 转 地 下 开 采 边 坡 工 程 概 况与 工 程 地 质 分 区
１ １ 工 程 概 况 ．
东低 ， 区东北部 有一季节性 河流 。矿床 主体呈一 被 矿
Ｆ ９断层破 坏 的 向斜 构 造 ， 目前 已由露 天 开采 转 为 地
ｒｃ ｓ． ｏ ｋ ｍａ ｓ
Ｋ ＥＹ Ｏ ＲＤＳ ：Ｘｉ ｓ ａ ｒ ｎ ｍｉ ｅ； ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ｌｐ Ｗ ｎｇ ｈ ｎ ｉｏ ｎ ｉｐ ａ ｅ ｎ ；ｓｏ ｅ
我 国的大 中型 金 属 矿 山 大 多都 始 建 于 ２ Ｏ世 纪 ５ ０—６ Ｏ年代 ， 经过 几 十 年 的开 采 ， 已有 ８ ％ 的铁 矿 ０ 山进入 了中晚期 开 采 阶 段 ， 分 矿 山 已在 高 陡 边 坡 部
ｓｏ ｅ ｓａ ｉｉｙ ｉ ｎ ｌｚ ｄ ｉ ａ ｈ ｒ ｇｏ ． Ｂｙ ＦＬ ，ｔ ｅ ｓｒ ｓ ｎｄ ｄｉｐ ａ ｅ ｎ ｅｄ ｏ ｈ ｌｐｅ ｉ ｉ ｕ ａｅ ｌｐ ｔｂ ｌｔ ｓａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｃ ｅ ｉ ｎ ＡＣ ３ Ｄ ｈ ｔｅ ｓ ａ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｆ ｌ ｆｔ ｅ ｓｏ ｓｓｍ ｌｔ ｄ ｉ
ｄｒｒｕ ｄｏｅｂ ｄ ， ｎ Ｏｏ ， ｈ ｌｐ ｏｋｍａｓｉ ｄｖ ｅ ｎｏｆｕ ｉｅｅ ｔ ｅｉｎ （Ｉ，Ｉ，ｌ， ａ ｄｔｅ ｅｇｏ ｎ ｒ ｏ ｙ ａ ｄＳ ｎ ｔｅｓ ｅｒｃ ｓ ｓ ｉ ｄ ｄｉｔ ｏ ｒｄ ｆｒｎ ｒｇ ｓ ｏ ｉ ｆ ｏ Ｉ Ｉ １ ｎ Ｉ Ｖ） ｈ
Ｆｇ４ Ｓｅｅ ｇａ ｈｃｐｏｅ ｔ ｎ ｏ ｉｃ ｎｉｕｔ ｌｎ ｎ Ｉ，Ｖ ｚｎ ｉ． ｔｒｏ ｒｐ ｉ ｒｊｃｉ ｆｄｓ ｏ ｔ ｉ ｐａ ｅｉ ｌ Ｉ ｏ ｅ ｏ ｎ ｙ
２ 杏 山矿 区边 坡 岩 体 开挖 变 形数 值 模 拟
２ １ 计算 模 型选择 ．
算 参 数如 表 １所示 。
下 进 行深 凹 开采 … 。 随着 浅 表 资 源 的减 少 和 剥 采
尽 管很 多科 研工 作者 对露 天矿 边坡 的稳定 性 和破坏 模 式 已有深 入 研 究 。 ， 对 露 天 转 地下 开 采 次 生 但 应 力场 对边 坡岩 体力 学场 影 响的研究 还很 少 。
本 文 以杏 山铁矿 露天 转地 下开 采岩 质边坡 为 主 要 研 究对象 ， 分考 虑 边 坡 所 赋存 的 复杂 地 质 环 境 充
邱 海 涛 ，黄 正 均 ， 奋 华 任
（ 北京科 技 大学土 木 与环境 学 院 ， 京 １ ０ ８ ） 北 ０ ０ ３
摘 要 ：根据 结构面与边坡 面间的组合关系及地下矿体开采影响程度的不同， 将边坡 岩体分为 Ｉ Ⅱ、 、
Ⅲ 和 Ⅳ 四个 区域 ， 分 析 了 各 个 分 区 边 坡 岩 体 的 稳 定 性 状 态 。 运 用 Ｆ Ａ Ｄ软 件 ， 拟 地 下 一１ ｍ水 并 Ｌ Ｃ３ 模 ５
了 ６个 监测 点 ， 以记 录 模拟 过程 中的沉 降位 移 ， 图 如
５所 示 。
２ ２ 力 学参 数选 择 ．
图 ５ 三 维 边 坡 模 型 与 监 测 点 图
Ｆ ｇ ５ Ｔｈ ｅ — ｉ ｎｓｏ ａ ｌ ｐ ｄｅ ｎ ｉ． ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｉｎ ｌｓｏ ｅ ｍｏ ｌａ ｄ
关键 词 ： 山铁矿 ； 杏 位移 ； 边坡
中 图分 类 号 ：Ｄ０ ；Ｄ２ ． Ｔ Ｓ４Ｔ ３５ １
文 献标 识 码 ： Ａ
Ｄ Ｉ ０３６／． ｓ．０５ ７５．０１０．０ Ｏ ： ．９９ｊｉｎ１０ — ８４２１．２０１ １ ｓ
ＤＥＦＯＲＭＡＴ１ ０Ｎ ＡＮＡＬＹＳ Ｓ ＯＦ ＴＨＥ Ｓ Ｉ Ｌ０Ｐ Ｅ ＤＵＲＩ ＮＧ
下开采 阶段 ， 其露天开采 已形成 边坡 高度 达 ３ ０ 坑 ０ ｍ， 底标高 为 一 ３ 最高标 高为 ３ ５ 坡度大 约 ４ 。 ３ ｍ， ０ ｍ， ２ 。根 据采场现 场观察 ， 采场西 南帮现 已发 生大规 模滑坡 一
处， 并还在 向南帮继续 发展 ， 图 １ 见 。
杏 山铁 矿 位 于迁 安 铁 矿 区南 区 ， 燕 山支 脉 南 属 麓 ， 山丘 陵地貌 。区内总体地势 为西 北 、 低 西南 高 ， 南
ｍｏ ｔ ｒ ｎ ｉ ｔ ｎｉ ｉ ｇ ｐｏ ｎ ｓ ｏ
根 据矿 区现 场 勘查 和试 验 的结果 ， 综合 考 虑 并 现 场地 质条 件 和工 程 经 验 折减 ， 采 场 西南 帮研 究 对 区 域 边 坡 岩体 的主 要岩 组 进 行 了分 析 ， 其 主要 计 得
Ｉ、 Ⅲ区结 构面 赤平极 射 投影 图 。
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Baidu Nhomakorabea
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图 ２ 边 坡 地 质 分 区图
Ｆｉ ． Ｓ ｏ ｅ ｌ ｇ ｃ ｌｚ ｎ ｎ ｐ ｇ２ ｌ ｐｅ ｇ ｏ ｏ ｉ ａ ｏ ｉ ｇ ｍａ