露天矿边坡稳定性的安全因素分析

露天矿边坡稳定性的安全因素分析

摘要：露天矿边坡稳定性是影响或困扰露天矿山,特别是深凹露天矿山的重大安全生产难题。随着开采规模不断扩大和深度增加,边坡工程也随着增高增大,边坡的安全性与稳定性对矿山也更重要。因此,边坡稳定性的安全因素分对矿山的生

产具有重要的意义,它是矿山边坡安全管理信息的来源和决策的依据。

关键词：露天矿;边坡稳定性;破坏模式;影响因素

随着开采深度的不断增加,我国一些露天矿山相继转入地下开采,形成的高陡

深凹露天边坡,对采空区围岩的破坏极易诱发坡脚失稳而发生滑坡,据不完全统计,在我国露天矿山中,不稳定边坡或具有滑坡危险的潜在不稳定的边坡占边坡总长度的15%~20%,个别的高达30%以上。因此,弄清边坡稳定性安全因素,对保证深部开采中的安全生产,具有重要的理论与实际意义。

1 露天矿边坡特征

1)露天矿边坡一般较高,从几十米到几百米,走向从几百米到数千米,其揭露的

岩层多,边坡各部分地质条件差异大,变化复杂,岩体暴露时间长、破碎、完整性差,岩体的强度低;

2)露天矿最终边坡是由上而下逐步形成的,上部边坡服务年限长,下部边坡服

务年限短,因此上下部边坡的稳定性也不相同,具有时效性;

3)露天矿场每天频繁的穿孔、爆破作业和车辆行走,使边坡岩体受到经常性的震动影响;

4)边坡是随着露天矿开采作业而形成的,其稳定性不断发生变化。

白石湖露天煤矿边坡为岩石边坡，倾角为70°，台阶高度12米，随着采坑

境界的扩大，在煤矿周围出现长度不一的裂缝，特别在二采区东片帮地表外电线杆附近甚至出现了宽度大于10厘米的裂缝，长度一直延伸往南延伸至百米。一采区南边界出现小面积滑坡现象。

2 露天矿山边坡破坏模式

我国露天矿山边坡的变形与破坏模式分类1金川模型—反倾边坡的倾倒破坏；2葛洲坝模型—沿水平软弱层面的整体滑动；3塘岩光模型—顺层的快速滑动；4白灰厂模型—坐落式平推滑动；5盐池河模型—滑动倒塌。各类边坡破坏的地质模型如图所示。

3 边坡稳定性的主要影响因素

边坡既是矿山生产的安全和经济边界,又是生产作业的对象。生产过程中的爆破、采装、运输、天然降水及冻结、融化等影响因素的反复作用,影响和恶化了边坡的质量状态。

3.1 地质因素

3.1.1 岩石性质与结构构造的影响岩石是在一定的地质作用下,由各种矿物按一定规律聚集而形成。岩石矿物成分与结构构造主要影响岩石的力学性质和强度,对岩体性质乃至边坡稳定性起重要的作用。如抚顺西露天矿煤层下盘,

沉积很厚的凝灰岩,其含有大量蒙脱石黏土矿物,该岩石吸水膨胀，导致该矿下盘不断发生规模巨大的边坡滑落。

3.1.2 岩体孔隙度的影响

岩石的孔隙度影响岩石的吸水性。随着孔隙度增大,岩石的强度降低、弹性模量减小,从而影响岩体的抗压、抗剪、抗弯和抗拉强度。

3.1.3 岩体结构面的影响

结构面就是在岩体内形成具有一定方向、规模、形态和特性的面、缝、层、带状的地质界面。结构面直接影响着边坡岩体变形、破坏的发生和发展过程。岩体的结构面都是弱面,较破碎,易风化,结构面中有裂缝,抗剪强度较低；孔隙、

裂隙、节理为地表水的渗入及活动提供了良好的通道,使岩石抗剪强度进一步降低；结构面影响滑体的滑动面及边缘轮廓,甚至决定了边坡破坏的类型。3.1.4 地应力的影响

地应力除自重应力外,还包括地质构造的残余应力、水应力、震动应力、温差应力等。地应力的存在会增加边坡岩体向自由面变形,使原有裂隙进一步扩大或造成新的卸荷裂隙,从而降低岩石强度,增高坡底的应力,减小边坡的稳定性。随着开采深度的增加,地应力也随着增加。

3.2 边坡结构因素

3.2.1 台阶高度和平台宽度的影响

确定台阶高度和平台宽度要考虑矿岩的埋藏条件和力学性质,以及穿爆作业和采掘工作面的要求。我国大中型矿山的台阶高度为8~15 m。平台宽度不但影响边坡角的大小,也影响边坡的稳定,因此台阶的最小宽度必须保证运输和安

全的需要。

3.2.2 边坡角与边坡高度的影响在边坡角相同的条件下,边坡越高稳定性越差, 这是由于边坡自重力加大使边坡滑动的剪切力也相应增加。增加量与滑体体积的增加成正比,而抗滑动剪切的内聚力的增长与滑体面积成正比,增长量较小。当边坡高度一定时,边坡角越大,边坡越不稳定。

3.2.3 台阶坡面角和最终边坡角的影响

台阶坡面角的大小也与矿岩性质、穿爆方式、推进方向、矿岩层理方向和节理发育情况等因素有关。在一般情况下,台阶坡面角大小取决于矿岩的性质: 松软矿岩的工作台阶坡面角小于矿岩的自然安息角,较稳定的矿岩的坡面角小于55°,坚硬稳固的矿的坡面角小于75°。

3.3 水的因素

水能改变矿岩物理力学性质,在页岩、凝灰岩等岩石中可作为润滑剂,并在岩体的裂隙中产生静水压力与浮力作用。同时,岩体中的动水压力使岩体下滑力增加24%。一般地下水压可以降低边坡稳定性20%~30%，在保持安全系数不变的情况下,降低岩石裂隙水压可增加边坡角5°~7°。

3.4 生产因素

3.4.1 震动影响

震动对边坡的影响源主要有爆破作业和运输作业,此外还要注意地震的影响。爆破作业对边坡稳定性的影响:1爆破震动增加了边坡的滑动力;2爆破作用破坏边坡岩体完整性。爆破后形成的边坡岩体破坏严重、表层岩石破碎,易剥落崩塌,易受风化、水渗流等的影响,从而降低边坡的稳定性和安全系数。露天矿台阶上机车、汽车的运输和挖掘机作业等设备的震动力对露天矿整体边坡的稳定性也有影响,有时会触发局部台阶的滑动。

3.5 其他因素影响

3.5.1 风化作用

风化作用会使原生结构面和构造结构面的规模增大,条件恶化,并有可能产生

风化裂隙等次生结构面。同时长时间的风化作用还会使岩石自身强度降低,尤