露天矿现开采阶段高边坡稳定性分析及治理

露天矿现开采阶段高边坡稳定性分析及治理

王珂

中国建筑材料工业建设西安工程有限公司  710061

摘要：能源是人类赖以生存的必备资源，也是支撑我国经济高质量发展的战略性资源。随着经济的发展、社会的进步，对于能源的需求也在不断加大。各种矿源的开采成为重点项目。而露天矿山高边坡的安全稳定性一直是困扰矿山企业的重大安全问题之一。露天采矿中，随着采矿深度持续增加，边坡的高度也越来越高，为提高露天采矿的安全系数，势必要维护边坡稳定性。

关键词：露天矿开采；高边坡稳定性；治理

引言

高边坡稳定性分析是近年来露天开采领域的热点和难点问题。如何根据露天矿山不同地区、不同开采条件设计合适的边坡工程，认识边坡的重要性，充分了解当地地质条件，科学分析边坡稳定性，是露天矿山工程设计和安全施工的重要前提。

1露天矿现开采阶段高边坡稳定性的重要性

在露天矿的开采过程中，高边坡的稳定性与露天矿安全生产和生产效率密切相关，而且边坡发生滑坡坍塌对于矿区自然形态与生态环境也会造成重大影响，露天矿边坡稳定不仅受到其赋存的地质条件的制约，地表水、地下水和地质构造等影响因素的存在还会受到外界的气候条件影响。其中地质构造会破坏边坡体的整体性，而且地质构造处力学参数较弱致使边坡体的整体参数削弱，而且在露天矿生产过程中，爆破产生的震动作用会将地质构造的影响进一步扩大。水是影响边坡稳定性的重要因素，降雨会导致雨水不仅会对边坡体冲刷破坏边坡形态，还会渗入边坡体内对边坡岩性产生削弱效果。在我国，由各种类型的降雨入渗引起的边坡失稳造成的损失巨大。由于实际工程项目中自然地理条件的差异、采动影响因素的繁杂，边坡破坏的形式也千差万别，故而相对应的分析方法也各不相同，通常使用工程地质分析法、极限平衡法、有限单元法以及数值分析方法对边坡稳定性进行分析，确保露天矿开采安全进行。

2露天矿现开采阶段高边坡稳定性分析方法

2.1工程地质分析法

该法通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及力学机制、变形地质体的成因及其演化史进行分析，得到边坡稳定性状况及其发展趋势的定性说明与解释，其理论基础是地质成因演化论、工程地质类比法及岩体结构控制理论。对于地质条件复杂的矿山岩质边坡，该法在确定滑坡模式和机制方面独具价值，为定量研究边坡稳定性奠定了基础。

2.2极限平衡分析法

在各种边坡稳定性分析方法中,极限平衡法是最重要、最有效的计算分析法,是一种简单实用的方法,被广泛应用于边坡稳定性的分析计算,是计算圆弧滑动面安全系数的最佳方法。该方法假设条块之间的相互作用力相等,即忽略条块之间的剪力,仅考虑其垂直平衡和到圆心的力矩平衡。从国内算例计算结果可以看出,圆弧滑动面的安全系数采用简单极限平衡法计算得到的结果和严格条分法的结果误差只有3%左右,准确性较高。

2.3数值分析方法

随着计算机的普及和发展，数值计算方法发展迅速：有限差分法、有限单元法、边界元法、无单元法、无网格法、离散单元法、不连续变形分析方法、快速拉格朗日插值方法、流形元方法等方法在边坡稳定性分析中得到普遍应用。一些不连续变形分析方法、流形元、PFC(particleflowcode)网、RFPA(realisticfailureprocessanalysis)等数值方法广泛应用于边坡稳定性分析中，促进了人们对边坡破坏失稳机制的认识。

2.4有限元分析法

有限元法的优势在于可以对边坡应力分布进行模拟，辅以极限平衡法可以计算出较为准确的边坡安全系数。通过对有限元法和极限平衡法的综合运用，往往能够得到更加可靠且精准的结论。

3影响露天矿现开采阶段高边坡稳定性的主要因素

3.1降雨

降雨带来的入渗流体会改变岩石饱和度，显著降低岩石材料的强度和刚度，增加其变形能力，诱发并加剧岩石工程灾害的发生和发展。同时，降雨导致边坡原有非饱和区负孔隙水压力发生比较强烈的变化，此外雨水的入渗作用会增加岩体重度，削弱结构面抗剪强度，加剧边坡体滑坡、崩塌及泥石流的灾害的危害程度。因此，降雨作用与露天矿边坡失稳关联密切。

3.2爆破

在爆破工程中，会影响边坡稳定性的因素包括岩体的强度、走向、节理等等。若边坡的稳定性极差，爆破工程又会引发强烈的震动，较大威力的炸药就有可能会形成破碎带，后续在风化作用或拉应力的影响下，破碎区内部的岩体会沿着间隙面滑动、变形或直接开裂。

4露天矿现开采阶段高边坡稳定性治理

4.1优化起爆网络，完善相关准备

工作人员必须基于矿区的环境、条件、土质结构，选择适宜的起爆网络，科学、有序地完成排爆孔爆破工作，确保爆破工程既能达到预设目标，又不会损害边坡稳定性与安全性。在爆破作业前，工作人员需要充分调查露天矿区的基本条件，包括水文地质、地质条件、地形地貌特征等。随后，分析此前制定的爆破方案是否符合现场的实际情况，提高方案与现场情况的适切性。此外，在露天矿产开采过程中，不同区域的岩体存在较大的不确定性，贸然开展爆破工程，很可能会造成严重的自然灾害。因此，勘测人员还需重点分析当地的土质结构，并排查当地的地质灾害隐患。根据现场的调查结果，制定科学、可行的爆破方案。

4.2非崩落法恢复

针对矿山生产原因形成的高陡边坡，常见的处理措施有边坡非崩落法“压坡增载”治理和边坡崩落法“削坡减载”治理措施。其中边坡非崩落法“压坡增载”治理措施要求边坡坡角较小，且坡趾工程地质条件要求较好，而边坡崩落法“削坡减载”治理措施主要适用于坡角较大的边坡。

4.3锚索法

面对边坡不同区域变形破坏特征各异这一特点，对上部较为松散的土体区域采用HDPE防渗膜进行边坡防护，边坡下部岩体采用锚索进行锚固，采用分区治理的方法效果良好。同时，针对露天矿软岩边坡滑坡问题，分析软岩滑坡机理，提出削帮压脚优化治理方案，并对边坡弱层进行清理。

结语

我国露天矿在进行开采过程中，受到岩体结构、地质构造和水等诸多因素影响，局部变形、垮塌及滑坡问题频发，给矿山生产带来严峻的挑战。而边坡稳定性会直接影响开矿的安全系数，因此在实际采矿时，各矿产企业需要加大对影响高边坡稳定性的因素的分析研究，提高矿山边坡的稳定性，确保露天采矿工程可顺利开展。

参考文献

[1]栾婷婷,谢振华,张雪冬.露天矿山高陡边坡稳定性分析及滑坡预警技术[J].中国安全生产科学技术,2013(4):11-16.

[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[J].岩土力学，2011，32(4)：1437-1444.