露天礦邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

1、露天礦邊坡穩(wěn)定性影響因素分析作者：王志城劉杰姜昕健 來源：科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2012年第13期王志城劉杰姜昕健(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院 北京100083)摘要:本文從分析露天礦邊坡穩(wěn)定性的重要性入手，系統(tǒng)總結(jié)了露天礦邊坡穩(wěn)定性的特點(diǎn)， 分析了影響露天礦邊坡穩(wěn)定性的因素，并按內(nèi)因、外因?qū)Ω饔绊懸蛩剡M(jìn)行了分類；最后根據(jù)各影 響因素對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的機(jī)理與方式不同，提出了預(yù)防露天礦邊坡失穩(wěn)的簡(jiǎn)要措施。關(guān)鍵詞:露天礦邊坡 穩(wěn)定性 影響因素中圖分類號(hào):TD8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)05(a)-0110-02Analysis on Influencing

2、 factors of Stability of Open-pit slopeWANG Zhi-cheng LIU Jie JIANG Xin-jianSchool of Resources and Safety Engineering, China University of Mining and Technology ( Beijing) , Beijing 100083, ChinaAbstract:Based of analysis on importance of stability of open-pit slope, characteristics of?stability of

3、 open-pit slope is systematic summarized, Influencing factors of?stability of open-pit slope are analyzed,too;These influencing factors are classified based on internal cause or external cause; according to the difference of mechanism and way on influencing factors of stability of open-pit slope,con

4、trol measures on instability of open-pit slope are proposed.Keywords:Open-pit slope; stability; influencing factors隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,露天采礦工程邊坡已經(jīng)成為困擾礦山安全生產(chǎn)的重要問題1,其穩(wěn)定性 是保證礦山正常生產(chǎn)的先決條件。露天礦山開挖后在一定程度上破壞和擾動(dòng)原來較為穩(wěn)定的巖 體而形成新的人工邊坡，隨著回采工作的逐年推進(jìn)，大量的永久性邊坡隨之形成。它們的穩(wěn)定性 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低,對(duì)生產(chǎn)、生活的安全威脅將會(huì)隨之增大。因此，對(duì)露天邊坡穩(wěn)定性影 響因素的分析也就變得尤為重要。1

5、 露天礦邊坡特點(diǎn)邊坡失穩(wěn)是指在采礦過程中邊坡的土體在自身重力和外界作用力下失去原有平衡，出現(xiàn)滑坡、 坍塌等現(xiàn)象。與其他巖土工程相比，露天礦邊坡穩(wěn)定性具有如下特點(diǎn)2,3:露天礦邊坡一般較高，高度從幾十米到幾百米不等，邊坡走向從幾百米延伸可達(dá)數(shù)公里， 因而邊坡揭露的巖層多，邊坡各部分地質(zhì)條件差異大、變化復(fù)雜。露天礦的邊坡是由上往下逐步形成，高陡邊坡越往上穩(wěn)定性越差，軟弱夾層較多，受風(fēng)化、 地表水侵蝕的時(shí)間較長(zhǎng)，易產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象。上部和下部邊坡的服務(wù)年限相差較大，因此在實(shí)際生 產(chǎn)中對(duì)上部邊坡和下部邊坡的穩(wěn)定性也有不同的要求。露天邊坡采用爆破、機(jī)械開掘形成,巖體完整性遭到破環(huán)，故邊坡巖體較破碎不穩(wěn)定。在

6、 露天礦中每天進(jìn)行的大量的爆破活動(dòng)使邊坡經(jīng)常受到震動(dòng)，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性會(huì)造成一定程度的不 利影響。露天礦場(chǎng)頻繁的爆破作業(yè)和車輛運(yùn)行，使邊坡經(jīng)常受到動(dòng)荷載的作用。同時(shí)隨著采掘、 運(yùn)輸及其他設(shè)備日益大型化，邊坡臺(tái)階的負(fù)荷有日益增大的趨勢(shì)。這也使得對(duì)邊坡穩(wěn)定性要求越 來越高。2露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響因素影響露天邊坡穩(wěn)定性的因素，分為內(nèi)因和外因兩方面。內(nèi)因影響主要包括巖性、巖體結(jié)構(gòu)、 地質(zhì)構(gòu)造等;外因影響主要包括水、震動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力、自然風(fēng)化與氣候、開采技術(shù)條件、人為因 素36，等。2.1內(nèi)因影響巖性。巖性包括巖石的化學(xué)水理和物理力學(xué)性質(zhì)。巖石在飽和水條件下的力學(xué)強(qiáng)度是影 響邊坡穩(wěn)定的重要因素。一般的，容

7、重、縱波波速大的巖石，通常有較高的力學(xué)強(qiáng)度，強(qiáng)度高的巖 石邊坡穩(wěn)定性也高;而濕度大、可溶性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、軟化性大、抗凍性差的巖石力學(xué)性質(zhì)較弱, 極不利于邊坡穩(wěn)定。巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)因素，即結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面是指巖石物質(zhì)分異面及 不連續(xù)面,具有一定方向、一定規(guī)模、一定形態(tài)和特性的面、縫、層、帶狀的各種地質(zhì)界面。結(jié) 構(gòu)體是由不同產(chǎn)狀的各種結(jié)構(gòu)面組合起來，將巖體切割單元塊體而成的。地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造因素，包括區(qū)域構(gòu)造特點(diǎn)、邊坡地段的褶皺形態(tài)、巖層產(chǎn)狀、斷層 和節(jié)理裂隙發(fā)育特征、破碎帶、極不穩(wěn)定的軟弱夾層和遇水膨脹的軟弱面形成的弱面，及區(qū)域新 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)等。2.2 外因影響水。水對(duì)邊坡的

8、穩(wěn)定性有顯著影響。露天礦滑坡大量發(fā)生在雨后、解凍時(shí)期，因疏干排 水方法不當(dāng)所致。地下水富集程度的提高一方面增大坡體下滑力；另一方面降低軟弱夾層和結(jié)構(gòu) 面的抗剪強(qiáng)度，引起孔隙水壓力上升，降低滑動(dòng)面上的有效正應(yīng)力，導(dǎo)致滑動(dòng)面的抗滑力減小，從 而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。震動(dòng)。當(dāng)爆破地震波在巖體中傳播時(shí)，給巖體的潛在破壞面以附加的振動(dòng)力，使邊坡圍巖 中的剪應(yīng)力增大,原有的裂紋裂隙擴(kuò)展和延伸，原生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的規(guī)模增大，并且還產(chǎn)生 次生結(jié)構(gòu)面(爆破裂隙)，從而破壞了巖體的整體結(jié)構(gòu)，降低了整體強(qiáng)度;使地下水狀態(tài)發(fā)生改變, 直接或間接地影響到滑移處的阻滑能力。生產(chǎn)爆破長(zhǎng)年反復(fù)對(duì)邊坡產(chǎn)生的動(dòng)載沖擊作用,將使上 述

9、破壞效應(yīng)得到不斷的加強(qiáng)和延續(xù)，產(chǎn)生近似材料的蠕變或巖石內(nèi)部的損傷積累，當(dāng)這種蠕變或 損傷積累超過邊坡穩(wěn)定的臨界值，則發(fā)生邊坡的失穩(wěn)。構(gòu)造應(yīng)力。邊坡巖體除受自重應(yīng)力外還受地質(zhì)構(gòu)造的殘余應(yīng)力、水應(yīng)力、震動(dòng)應(yīng)力等影 響。巖體因自重引起的鉛直應(yīng)力等于單位面積內(nèi)上覆巖層重量，鉛垂應(yīng)力6l=yH，而平均水平 應(yīng)力隨深度增加甚至有可能超過鉛直應(yīng)力值。構(gòu)造應(yīng)力會(huì)增強(qiáng)邊坡巖體向采空區(qū)變形，使原有裂 隙進(jìn)一步擴(kuò)大或造成新的裂隙，降低巖體強(qiáng)度,減小邊坡的穩(wěn)定性。自然風(fēng)化與氣候。礦山開采后由于邊坡長(zhǎng)時(shí)間裸露，造成礦巖自然風(fēng)化，易產(chǎn)生滑坡，時(shí) 間越長(zhǎng)越容易發(fā)生滑坡。通常，風(fēng)化速度與巖石本身的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和后期蝕變

10、有關(guān)，同 時(shí)也與濕度、溫度、降雨、地下水以及爆破震動(dòng)等因素有關(guān)；氣候影響是指雨量、降雨頻度、積 雪、地表水流量、排水方式等對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。開采技術(shù)條件。開采技術(shù)條件包括邊坡角、臺(tái)階組成形式、開采程序、推進(jìn)方向以及穿 爆工藝等。通常邊坡角越小邊坡越穩(wěn)定，上部較緩下部較陡的邊坡比上部陡下部緩的邊坡穩(wěn)定； 邊坡出露的時(shí)間越短越穩(wěn)定；爆破震動(dòng)作用也會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性。人為因素。由于對(duì)影響邊坡穩(wěn)定的因素認(rèn)識(shí)不足，在生產(chǎn)中往往人為地促使邊坡破壞。 如邊坡維護(hù)和管理不到位,作業(yè)人員違章操作;在邊坡上堆積廢石和設(shè)備以及建筑房屋等，加大了 邊坡上的承重，增加了巖體的下滑力；挖掘坡腳，減小了巖體的抗滑力。3防

11、治露天礦邊坡失穩(wěn)破壞的措施在露天礦山開采的過程中，隨開挖作業(yè)的變化邊坡穩(wěn)定性也在不斷地變化。為減少邊坡事故 的發(fā)生，杜絕產(chǎn)生不必要的損失,我們可以采取以下的措施：加強(qiáng)地質(zhì)勘查。對(duì)礦區(qū)地質(zhì)進(jìn)行勘查是確保邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。應(yīng)對(duì)礦區(qū)巖石類型、水 文地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面、自然邊坡及滑落情況等進(jìn)行深入透徹地了解。控制爆破技術(shù)。控制爆破技術(shù)是減少爆破震動(dòng)對(duì)邊坡影響的關(guān)鍵措施，主要從減小震源 的爆炸能量與阻斷或減弱地震波的傳播兩個(gè)方面來考慮。降壓疏干。降壓疏干的目的是把邊坡地段內(nèi)水壓力降到允許范圍之內(nèi)。(4 )人工加固。主要有以提高巖體的粘結(jié)強(qiáng)度為主的注漿加固法和以增加滑動(dòng)面摩擦力為主、 外加支擋結(jié)構(gòu)的加固法,

12、等等。合理安排開采順序。確定合理的臺(tái)階高度,進(jìn)行分層回采。對(duì)于小型露天礦，有條件的均 應(yīng)采用分層開采,使較高的采場(chǎng)分成幾個(gè)臺(tái)階開采，以降低邊坡的相對(duì)高度。采取減重措施。利用削坡、壓坡腳等減重措施來減少邊坡承受的壓力。運(yùn)用緩坡清理的 方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)滑體上部或中上部進(jìn)行削坡來達(dá)到減小邊坡角及下滑力的目的，從而抑制滑坡體進(jìn) 一步發(fā)展。建立邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。礦山邊坡監(jiān)測(cè)與治理是優(yōu)化邊坡設(shè)計(jì)和保證邊坡安全的重要措施。 一般分為地表位移監(jiān)測(cè)、巖體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)和水壓監(jiān)測(cè)等。應(yīng)用最多的是地表位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 礦山應(yīng)建立地表巖層移動(dòng)監(jiān)測(cè)站，定期對(duì)地表和坡面進(jìn)行水平和垂直位移測(cè)量。建立切實(shí)可行的 邊坡管理及檢測(cè)制度，配備

13、專門的邊坡管理人員，并定期對(duì)邊坡的穩(wěn)定性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)邊坡的失 穩(wěn)事故制定一定的緊急預(yù)案。4結(jié)語與井工開采相比，露天開采較為安全，資源回收率較高，采場(chǎng)作業(yè)空間大,生產(chǎn)能力大,建設(shè)速 度較快。但露天礦邊坡穩(wěn)定問題仍威脅著生產(chǎn)安全。露天礦邊坡是礦山重大的安全性工程，必須 克服由于時(shí)間的推移、工程條件的變化所造成的安全系數(shù)和可靠性降低的情況，必須根據(jù)動(dòng)態(tài)變 化提高和改善邊坡的穩(wěn)定性。隨著人們對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性因素的進(jìn)一步深入研究，其解決辦法也 將不斷的完善，從而減少由邊坡引起的事故。但是，露天邊坡穩(wěn)定性尚存在大量急需研究解決的 核心理論與技術(shù)問題，且這些問題的解決直接關(guān)系著邊坡穩(wěn)定性理論系統(tǒng)的完善及其在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng) 用。相信在廣大科研工作者的共同努力下，露天邊坡穩(wěn)定問題一定能夠盡早得到完善，使礦山工 程在安全的前提下得以順利進(jìn)行,確保礦山正常的生產(chǎn)秩序。參考文獻(xiàn)杜計(jì)平，孟憲銳.采礦學(xué)M.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2009.朱振華.露天邊坡穩(wěn)定性分析及防治措施J.采礦技術(shù),2006,6(3):338339