浅析露天矿边坡稳定工程安全技术措施

浅析露天矿边坡稳定工程安全技术措施

姜娅祥 1 熊文良 2

云南省小龙潭矿务局布沼坝露天矿 云南开远 661600

摘要：目前，随着我国科学技术的不断发展，露天采矿工程中的采掘技术也逐渐先进，开采的越来越深，随之而来的是边坡高度的逐年增大，边坡稳定性问题也比较明显。现阶段，边坡已经成为了影响矿山安全的主要原因，所以对露天矿的边坡进行稳定性研究十分重要。本文就对露天矿边坡稳定工程的影响因素及措施进行深入探讨。

关键词：露天矿；边坡稳定；工程；安全

随着社会的不断发展以及经济的不断增长，国民的安全意识也逐渐增强，政府给安全生产定下的标准也越来越高。在进行露天矿的开采的时候，边坡的稳定性不但紧密关系着露天矿的安全，还会对露天矿的经济效益造成影响。但是就露天矿的情况，边坡稳定性并非越高越好，而是要依据“经济和安全两者兼顾”的原则制定科学合理的边坡角。假如边坡稳定性太高，即便能够保证生产的安全性，但是会因为剥采比变大进而提高生产成本，最终使矿山的整体经济效益受到影响。施工企业应当按照露天矿的工程地质和水文地质情况制定出较为科学合理的边坡角，这样才可以在不影响生产的情况之下保障安全，并且还不会再另外增加生产成本，能够做到“经济和安全两者兼顾”。

1、影响露天煤矿边坡稳定性的主要因素

1.1岩体中地质结构面的影响

地壳形成变质岩、沉积岩和岩浆岩的过程之中，加上未来亿万年之久的沉积、变形过程中，使得岩体当中产生了不同拥有一定形态、规模、特性的地质界面。该界面不仅使得岩石的强度降低，也大大削减了岩体的强度。这些在岩体当中自然形成的弱强度面被统一称作结构面。结构面会把岩体分开成不同形态、规模的块体，这些块体被称为结构体。而工程岩体的稳定性由岩体的结构体、结构面及其组合形成的岩体而决定。边坡的滑动面有时候能够把坡体内的结构体剪断，其原因与结构体自身的抗剪强度能力有关联；和边坡面与边坡顶面复合组成一定形态的结构体，在方位合适的时候能够发生滑体现象。对于块状结构边坡岩体来说，该岩体通常较完整，其稳定性较好，但是特殊情况下也同样会发生变形而形成滑坡，如楔体滑坡等。露天矿的岩质边坡属于层状结构边坡之一，其稳定性与层面的性质和层面与边坡的相对位置有重要关系，一般来讲，层面倾角如果小于边坡倾角，其露天矿边坡稳定性较差，而顶帮边坡与端帮边坡的稳定性一般比较好。

1.2水的影响

边坡岩石内包含的水一般由结合水和自由水组成，水对于露天矿边坡的稳定性有很大的影响。大量的水存在会对岩石带来一系列的影响，比如：增加岩体密度、软化岩石、减少岩体的抗剪强度，并对边坡产生动水压以及静水压的作用，引起边坡滑坡现象的发生。黏性土岩石一般在遇水之后有膨胀现象，严重时会发生崩解现象，尤其是有蒙脱石组成分的岩石，其强度会明显变低，在露天矿边坡岩石中的粘土页岩夹层中，其断层内包含的泥制填充物更容易导致滑坡现象。通常来讲，露天矿的滑坡事故普遍在雨季和解冻时期发生，这不仅与排水不及时有关，也与排水方式的选择不合适有关，所以，水是影响边坡稳定性的重要因素之一。

1.3开采过程震动力的影响

开采过程中，爆破作业对于边坡稳定性有一定的影响，主要包括2方面原因：一是由于爆破时产生的震动力会使得边坡滑动力增加；二是由于爆破过程中，边坡岩体被破坏，这不仅使得岩体的强度降低，致使地下水和雨水容易沿着爆破产生的裂缝渗入岩石中，导致岩体风化加重。露天矿边坡所受的震动力大多数来自于爆破作业，除此之外还有部分作业设备产生的震动力，比如在露天矿台阶运行的工作设备和运输设备，以及挖掘机工作时产生的震动力，但这些设备对于边坡整体的稳定性损害很小。一些矿山在近些年采用了控制爆破技术，如预裂爆破、光面爆破和缓冲爆破等，对于减小边坡岩体的破坏有着良好的应用效果。

2、露天矿边坡的具体治理措施

2.1加强地质勘查，确定合适的边坡参数

对矿区地质进行勘查是确保边坡稳定性的基础。应对矿区岩石类型、水文地质、岩体结构面、自然边坡及滑落情况等进行深入透彻的了解。我们可以通过相关的地质报告及有相关边坡的研究资料，结合实际的开采设计方案，将露天采场边坡按不同的几何、结构面、岩组和构造特征及它们的相互关系以及边坡破坏模式进行分区设计。然后再对各设计分区的边坡选取剖面来进行相应的稳定性分析、计算。在极限平衡分析法中通常选用斯宾塞和萨尔玛法。确定安全系数要考虑到生产爆破(或地震)和地下水对其稳定性的影响。通过计算确定各边坡参数，对自然状态下也处于临界稳定状态的边坡，设计时需采取控制疏干、爆破和局部加固等相应措施以保证其边坡稳定。

2.2提高露天矿岩石边坡稳定性的综合性措施

在露天边坡工程的实际治理环节，仅采取单一性的措施，往往具有很大的局限性。因为受到企业治理资金的影响，露天矿岩石边坡的治理需要严格遵守综合整治的原则。探究并分析边坡稳定性和所影响的因素之后，技术人员发现，如果仅仅实施削坡以及排水等一些简单的治理措施，无法在根本上彻底解决边坡失稳问题，所以在实际施工过程中，技术人员采用的是：使用锚索以及钢轨桩对边坡进行加固；在边坡中间开水道进行疏通和排水；对边坡上的大量浮渣进行清除。这些方式都收到了较好的实际效果，不但兼顾了上方以及下面，使得边坡更加稳定，疏通排水的实际效果也非常好，需要进行清除的边坡浮渣量较少，而且造价可以为施工企业所接受，投资比较少，只是需要聘请专业施工团队进行具体操作。

2.3现代高新技术的应用

要想做出科学合理的边坡设计方案，需要优化综合环境因素、岩体工程地质、采矿技术条件、水文地质、政府指令和经济效果等因素。但是传统的边坡设计以及防治都需要把边坡工程方面的限制条件单独列出来进行考虑。技术人员要结合岩土工程模型、采矿模型以及地质模型，提供具体详细的技术条件给整体的边坡设计方案。而且当前的人工智能正逐渐被露天矿边坡等工程所采用，在以后所设计的边坡防治系统方面，不同的设计分析模型以及采矿模型互相协调互相配合，是人工智能应用在具体的露天矿边坡的实际施工中的重要一步。这些年来，很多世界上的采矿大国都在使用人工智能对边坡防治进行有效的研究，在自动化方面取得了相当大的进步。除此之外，在边坡变形监测期间，应用最为广泛的是地表位移监测系统，矿山必须制定地表岩层移动监测站，定期对地表和坡面进行垂直和水平方面的位移检测，组建专业性的边坡施工维护团队和技术研究机构，以此为边坡和地面变形分析以及控制提供良好的依据。

3、建议

（1）按照有关规范要求，大型露天煤矿必须建立一套完善的、能够测量边坡岩体位移、爆破震级、地下水参数的监测系统，尤其是对涉及到整体边坡稳定性的区段边坡进行监测。在监测过程中，若发现应力、位移的变化致使边坡有失稳征兆时，应及时采取工程加固或其它治理措施。另外，还可根据监测数据验算边坡稳定性，并对影响边坡稳定性的因素进行反分析。（2）露天矿生产爆破是对边坡稳定性影响最大的因素之一，采取良好的控制爆破措施，可以提高边坡的稳定性和减少边坡加固维护的费用。建议大型露天矿山要开展控制爆破技术的研究，降低爆破震动对生产边坡稳定性的影响。（3）应在边坡岩体内，通过在边坡勘察钻孔中设置水压计，测量岩层渗透性和水压力，为边坡地下水特征监测和疏干系统的建立提供设计参数。另外应充分利用采场运输平硐、溜井和斜井等，为采场地下水的排泄提供良好的通道。（4）对于采场边坡开采后风化作用强烈、阶段边坡稳定性差、局部台阶和组合台阶边坡的滑动时有发生的矿山，应及时采取必要的局部加固和安全防护措施。另外，边坡平台的清扫和维护也是保证边坡稳定性的重要措施。

4、结语

对于露天矿而言，边坡勘察、研究工作任重道远，它是阶段性与连续性研究相结合的系统工程，在生产过程中应更深入地开展边坡稳定工作和滑坡防治措施的研究，这对保证矿山整体边坡的稳定性和采场安全生产具有深远意义。

参考文献

[1]邢英.露天矿边坡稳定性分析方法[J].内蒙古煤炭经济,2018(19):52+54.

[2]肖朝良.露天矿边坡开挖的稳定性分析[J].资源信息与工程,2018,33(04):75-76.

[3]王东,张禹,曹兰柱,贺希格图,周玉祥.露天矿边坡稳定性的断面形态效应研究[J].中国安全科学学报,2018,28(01):105-111.