露天邊坡失穩原因分析及預防與治理

吳 偉

(大冶有色金屬公司銅綠山礦技術科, 湖北大冶市 435101)

露天邊坡失穩原因分析及預防與治理

吳 偉

(大冶有色金屬公司銅綠山礦技術科, 湖北大冶市 435101)

銅綠山礦露天開采時,邊坡局部地段巖體節理、裂隙發育,巖性較差,隨著開采的延深,邊坡暴露面積增大,暴露時間延長,所造成的邊坡開裂、塌陷及大面積滑坡,威脅著作業人員及施工設備的安全。為確保露天礦安全生產,把事故隱患消滅在萌芽狀態中,根據多年來露天礦山生產的實際經驗,通過對露天邊坡的失穩原因進行分析,提出了加強邊坡位移監測、臨近邊坡采用預裂爆破、注漿處理邊坡溶洞和裂隙帶、削坡減載和噴錨網聯合支護等保護邊坡、預防治理邊坡失穩的技術措施,為礦山實現安全生產目標發揮了積極的作用。

露天邊坡;滑坡治理;巖體強度;結構面;節理裂隙

0 前 言

銅綠山礦區出露的地層以下三迭統大冶群碳酸鹽類巖層為主,其次為下白堊統大寺組巖層及廣泛分布的第四系地層;礦區巖漿巖分布廣泛,主要為燕山早期侵入的花崗閃長斑巖。區內有北西西向和北北東向兩組褶皺構造。銅綠山銅鐵礦是大冶有色金屬公司的主要骨干礦山,采用地下、露天聯合開采,地下開采對象是Ⅲ、Ⅳ號礦體;露天以第三勘探線南、北劃分為南露天和北露天開采。

北露天設計開采對象為Ⅲ號礦體,設計開采標高為 -152 m。目前,-40 m及以上平臺已基本推進到設計邊界,-52 m平臺北部已進入北擴范圍,正在邊剝離,邊采礦;-64 m平臺已開溝到位。坑底標高為 -70 m,距設計開采深度還差 82 m。

南露天設計開采對象為Ⅰ、Ⅱ、Ⅺ號礦體,采至標高 -195 m水平時,作為北露天內部排土場回填。回填工作由北向南呈扇形向前推進,為確保露天境界內排水和井下安全生產,南露天坑東幫目前仍保留著一條由 -40～-88 m的安全運輸通道以及 -88 m平臺南端原有的排水系統和設施,以排出未回填部分 (16線以南)水位超過 -100 m標高的坑內積水。

隨著北坑采至 -70 m標高,邊坡暴露面積增大,以及南坑東幫 -88 m以上邊坡暴露時間延長,邊坡巖體強度降低,破壞增加,穩定性逐漸下降,時常出現大塊滾落、坍塌、甚至大面積滑坡等地壓活動,嚴重地威脅著平臺作業人員和施工設備的安全,對邊坡失穩原因進行系統分析,提出并采取與之相適應的邊坡保護和預防治理措施,成為礦山亟待解決的課題。

1 露天邊坡工程地質調查及災害情況

露天邊坡通常由安全平臺、清掃平臺、運輸平臺及相應的坡面組成,銅綠山礦邊坡目前對露天采場安全生產威脅最大的是南北坑的東幫邊坡及北坑的西幫邊坡。南北坑的東幫邊坡巖體分為 7組:強風化花崗閃長斑巖巖組、中風化花崗閃長斑巖巖組、新鮮花崗閃長斑巖巖組、磁鐵礦礦石巖組、大理巖巖組、矽卡巖巖組、斜長石巖巖組。北坑的西幫邊坡巖體分為 5組:中風化花崗閃長斑巖巖組、新鮮花崗閃長斑巖巖組、大理巖巖組、矽卡巖巖組、斜長石巖巖組。礦區結構面產狀統計結果見表1、結構面間距統計結果見表2、主要巖石力學參數見表3。

表1 結構面產狀統計結果

表2 結構面間距統計

表3 巖石抗壓、抗拉強度統計

由于兩幫風化巖體分布較廣,節理、裂隙較為發育,加上爆破震動,大氣降水影響,邊坡失穩時有發生。1999年在南坑東幫 16～20線發生大面積滑坡;2002年 7月～2003年 3月南坑東幫 8～12線出現數次垮塌堵塞 -88 m運輸通道;2003年 4月南坑先后發生了兩次邊坡滾落大塊砸鏟的重大設備事故;2005年北坑東幫 3～7線發生坍塌,坍塌體積約1000 m3左右;2007年北坑西幫 -28～-40 m永久性公路上方一巨形巖塊 (重約 400 t)開裂,威脅著來往施工人員和大車安全 (該大塊后爆破處理);2010年 8月南坑東幫 12～16線再次發生大面積滑坡,滑坡體積達 5000 m3,致使東幫 -40～-88 m安全運輸通道被堵。以上種種事例說明,邊坡失穩將給生產和安全帶來嚴重影響。

2 露天邊坡失穩原因分析

2.1 巖性及結構面

銅綠山礦露天邊坡存在有強風化花崗閃長斑巖、中風化花崗閃長斑巖、新鮮花崗閃長斑巖、磁鐵礦礦石、大理巖、矽卡巖、斜長石巖。綜合表1、表2、表3,采用多種巖體分類評價方法進行分析,所得結果基本一致:銅綠山礦邊坡各巖組均屬于Ⅲ類或Ⅳ類巖體,巖體質量普遍較差,其中磁鐵礦礦石巖石致密、堅硬,節理、裂隙不發育,此種巖石雖穩固性較好,但其大多存在于礦體之中,邊坡分布較少;大理巖雖不易風化,巖石較堅硬 (巖石堅固性系數 f=10～12),但節理、裂隙較發育,因此穩固性較差;花崗閃長斑巖、矽卡巖、斜長石巖易風化,巖石松軟 (巖石堅固性系數 f≤3)。上述巖石相互交錯,接觸分布整個礦區,巖體存在的斷層破碎帶及接觸破碎帶等結構面都是弱面,比較破碎,易風化。結構面的存在,為地表水的滲入提供了良好的通道,地表水滲入的結果,使巖石和結構面的強度進一步降低。

2.2 大氣降水

大氣降水會沿裂隙下滲,節理裂隙中的巖石顆粒和巖體可溶解成份會被水帶走,使巖石強度降低,也可從地表出入溝沿運輸坑線形成匯水沖刷邊坡,剝蝕,搬運風化邊坡巖層,使風化巖接觸的大理巖相互作用的結構力遭到破壞,因此,當地表水和結構面聯系在一起時,對邊坡失穩的威脅似乎更大。

2.3 爆破震動及風化作用

露天采場內爆破震動所產生的地震波通過邊坡巖體時,給巖性較差巖體的潛在破壞面以附加的振動力,使原生結構面和構造結構面的規模不斷增大,并產生次生結構面 (爆破裂隙)。長期爆破震動的影響,會使巖體的表面脫落,進而影響露天邊坡的穩定性。

邊坡暴露面經過長時間的風化作用,易產生風化裂隙等次生結構面,進一步降低巖石自身強度,從而影響露天邊坡的穩定性。

3 邊坡災害的預防與治理

(1)人工巡視觀測,通過日常人工巡視檢查,從整體上了解和認識平臺及周邊巖石的形態變化情況,尋找坡面開裂、變形、沉降等異常現象。

(2)裂縫監測,用固定標志在裂縫兩側作標記,測量裂縫或標記間的寬度,獲取裂縫大小變化及速率變化的數據。

(3)加強邊坡位移監測,擴大監測范圍,增加監測網點,建立長期監測制度,通過監測,及時了解平臺及周邊圍巖的水平和垂直位移變化情況。

(4)露天采場永久性運輸坑線都是單壁溝,在單壁溝坡底從出入溝自下而上砌截排水溝,將地表水分別截排至北坑 -28,-40 m水倉和南坑坑底,再由 -28,-40 m水倉和南坑坑底的排水設備排出。而運輸坑線單壁溝的另一側則砌寬 1.5 m、高 1 m擋水墻,以削弱地表水對邊坡巖體節理、裂隙的沖刷剝蝕。

(5)地表及邊坡安全平臺產生較大張開裂縫時,要及時進行必要的堵塞,深部采用礫石或礦石充填,裂隙口用粘土密封。

(6)采用大孔距、小抵抗線控制爆破技術和炮孔中間隔分段裝藥爆破,即炮孔上部和下部炸藥中間用高度為 1.5～2 m的巖粉間隔,利用二次沖擊波原理降低爆破震動。

(7)為保證露天邊坡坡面平整和提高邊坡的穩定性,對臨近邊坡的爆破要嚴加控制。控制爆破的方法有預裂爆破、光面爆破和緩沖爆破,從減弱大爆破沖擊波對邊坡面的破壞程度看,臨近邊坡的爆破應盡可能采用預裂爆破。

(8)采用注漿減沉技術,將具有一定強度的水泥砂漿 (水砂比為 1:1)注入溶洞和裂隙帶,填充巖塊孔隙和離層,消除或減緩巖塊孔隙的壓實和離層的閉合,防止地表巖層的移動和沉陷。通過注漿處理,增強地下松散巖體的密實性,改善因溶洞圍巖的松動及垮落巖體的力學性態,對防止地表塌陷的蔓延、確保邊坡穩定和露天礦的安全生產是十分有效而且必要的。

(9)削坡減載:適當削坡以減輕邊坡的自重荷載,降低邊坡角,防止風化巖石的剝落,預防滑坡的出現。對于風化、破碎不穩固的巖層,削坡后邊坡角應不大于 40°,同時對已揭露的新巖層面采用噴錨和噴錨網聯合支護,防止巖石進一步風化和滲水的侵蝕,實現露天邊坡的長期穩固。

4 結 語

露天開采進入深部,邊坡失穩是露采安全生產工作的頭等大事,對邊坡失穩原因進行分析,提出并及時采取保護邊坡、預防治理邊坡失穩的技術措施,把邊坡的失穩控制在萌芽狀態,及時消除隱患,是礦山生產持續穩定發展的根本保證。

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2011-06-02)

吳 偉 (1964-),男,湖南衡陽人,工程師,從事采礦工程技術研究,Email:1290246192@qq.com。