齊大山鐵礦5號運礦膠帶邊坡治理方案研究

常來山，鄧會境，陶東海

(1.遼寧科技大學,遼寧 鞍山 114051；2.鞍鋼集團礦業公司,遼寧 鞍山 114001)

露天礦邊坡工程與水電、公路、鐵路、土木工程相比，具有其獨特的特點[1-3]：只能在既定的工程地質環境條件中進行開挖，具有工程賦存條件的無選擇性；最終邊坡是由上至下隨采礦生產在幾十年的采場服務期內逐步形成，具有時效性；邊坡巖體允許產生一定的變形破壞，只要不影響礦山安全生產即可；露天礦邊坡工程是復雜的動態地質工程問題，邊坡上布置有鐵路、公路或膠帶等開拓運輸系統，隨采場下延而逐步發展變化，是礦山邊坡的重點維護部位；人為因素和自然因素影響較大。采用汽車-膠帶半連續運輸系統的礦山，其膠帶沿線的上部邊坡和下部邊坡走向較長，地質條件復雜，破壞風險較高，即便是小型的臺階滑坡、崩塌，也可能造成全礦的停產，因此是礦山的重點維護部位。

1 齊大山鐵礦西幫5號運礦膠帶邊坡概況

齊大山鐵礦采場至調軍臺選礦廠的運礦皮帶在西幫邊坡(圖1)上通過，由1號、2號、4號和5號運礦膠帶組成，擔負著齊大山鐵礦由采場至選廠運送礦石的主要任務。

圖1 5號運礦膠帶與邊坡

齊大山鐵礦西幫5號運礦膠帶上部邊坡主要由鞍山群千枚巖(Ph)組成，灰綠色片狀構造，主要礦物有綠泥石、絹云母、石英等，鞍山群千枚巖與鐵礦體呈斷層接觸，產狀與礦體一致，鞍山群千枚巖的單軸抗壓強度約為40MPa，屬中等強度巖石。礦石5號運礦膠帶上部邊坡巖體為層狀結構(圖2)，片理面平直光滑，非常發育，結構面間距約為0.2～0.5m，片理面較陡(傾角70～80°)，臺階邊坡面與片理面平行，大部分臺階邊坡面由片理面構成，其他方位結構面(如節理等)發育一般，未見順坡向緩傾角結構面發育。

圖2 千枚巖與層狀結構邊坡巖體

齊大山鐵礦西幫5號運礦膠帶上部邊坡巖體對皮帶運營存在安全威脅的地段長約240m，坡頂標高為19～20m，5號運礦膠帶由-0.4m水平下降至-42.0m水平，邊坡高20.4～61.3m，邊坡角39.2～60.2°，平均46.1°；邊坡上有+6m、-6m、-18m和-30m等四個水平平臺，5號運礦膠帶上部臺階邊坡高7.9～30.1m，臺階坡面角50.2°～78.8°，平均63.5°。齊大山鐵礦西幫5號運礦膠帶上部整體邊坡的邊坡角對于整體邊坡而言還是比較緩的，但臺階邊坡的坡面角則較陡，個別地段已近于直立。

2 西幫5號運礦膠帶邊坡破壞模式分析

通過現場踏勘與調查可以確認，除一處已發生的小型楔體破壞外，未見可構成楔體破壞的結構面組合。對于臺階邊坡來說，其破壞模式有兩種：①雙滑面剪切破壞(圖3)，即上滑面為片理面，下滑面為巖體剪斷面；②陡立巖層的傾倒坍塌破壞，沒有確定滑面，隨風化、震動等因素的作用而形成滾石墜落于坡腳。對于整體邊坡而言，由于結構面的尺寸相對于邊坡較小，破壞模式可簡化為圓弧型剪切破壞(圖3)。

圖3 邊坡剪切破壞模式

3 整體與臺階邊坡的穩定性計算分析

齊大山鐵礦西幫5號礦石膠帶上部邊坡地形地質如圖4所示，邊坡穩定性計算選取A、B、C、和D四個剖面，采用極限平衡法中的簡布法(Janbu)法，圓弧滑面計算以畢肖普(Bishop)法校核，最危險滑弧優化搜索采用單純形法。

圖4 邊坡地形地質

穩定性計算參數根據齊大山鐵礦擴建邊坡穩定性研究成果選取，巖體密度為2.78t/m3，巖體抗剪強度C=400kPa，Φ=36°，結構面抗剪強度C=40kPa，Φ=20°，整體邊坡和臺階邊坡的剪切破壞模式的穩定性計算結果列于表1，從計算結果可以看出，穩定系數均大于2.0，即邊坡抗剪切破壞的穩定性是較好的。

表1 邊坡穩定性計算結果

4 西幫礦石5號運礦膠帶邊坡破壞危害分析

根據計算分析邊坡整體抗剪切滑動的穩定性較好，因此邊坡巖體對皮帶運營的危害主要為臺階邊坡巖體的傾倒坍塌。邊坡巖體內的陡傾角結構面非常發育，在風吹日曬、雨雪凍融等風化因素的長期作用下，特別是冬季中巖體裂縫中的冰楔作用，裂縫逐漸延展加寬，巖石強度逐漸降低削弱，近于直立的巖層結構極易發生傾倒、彎折等坍塌破壞[4]。由于邊坡與5號運礦膠帶較近(坡底線與皮帶中心線距離為4.1～8.9m，平均6.0m)，邊坡坍塌出現的滾石對5號運礦膠帶的安全將會產生較大的威脅，嚴重影響礦山的生產安全，因此對5號運礦膠帶上部邊坡進行及時主動的維護治理是十分必要的。

5 西幫礦石5號運礦膠帶邊坡治理方案研究

綜合考慮邊坡破壞模式、空間形態、服務年限、施工工期等因素的影響，最終確定邊坡治理方案為12m全長粘結錨桿與SNS主動柔性防護網相結合的邊坡主動加固措施(圖5)。其原因如下所示。

圖5 錨桿與SNS網護坡平面圖

1) 由于邊坡與5號運礦膠帶較近，坡底線與皮帶中心線距離僅為4.1～8.9m，已沒有砌筑重力式擋墻或錨固式重力式擋墻以防護坡面坍塌的空間。

2) 邊坡以坍塌形成滾石為危害后果，并無滑面。

3) 普通鋼筋網與噴漿結合的方式是一種常用的坡面滾石治理方法，但它是一種被動方法，效果與主動方式相比要差。對于本地段邊坡而言，邊坡面由光滑的片理構成，且坡面較陡，噴漿效果無法保證，則不能封閉雨水進入裂隙，阻止裂隙的延伸擴展，形成的浮石體積稍大時則可能出現網損石落的后果。

4) 設計選用SNS主動柔性防護網作為主體措施，主要依據以下幾點：①SNS主動柔性防護網是一種定型產品，施工技術成熟。②主動防護系統(GPS2型)在作用原理[5-6]上類似于錨桿、鋼筋網、噴射混凝土的面層護坡體系，但其柔性特征具有獨特的優點，將局部集中荷載向四周均勻傳遞，這樣可以充分發揮整個系統的防護能力，系統可承受較大的荷載，降低了單根錨桿的錨固力要求。系統的開放性使地下水可以自由排泄，降低了水壓升高引起邊坡失穩的可能性，同時能抑制邊坡風化剝蝕，并且適應性強，對坡面形態無特殊要求。③工程應用實例較多，具有較成熟的工程經驗。

5) 由于SNS主動柔性防護網掛網錨桿為2.5～3m，而巖體片理面間距為0.2～0.5m，因此，在局部高陡部位應增加長錨桿與SNS主動柔性網結合，利用鋼筋錨桿的抗剪與抗拉作用將多層巖體結合到一起，起到整體防護的作用。綜上分析，對齊大山鐵礦西幫5號運礦膠帶邊坡的治理采用12m

全長粘結錨桿與SNS主動柔性防護網相結合的綜合加固措施是比較合理的。

6) 設計工程量與投資概算。邊坡面浮石人工清運13200m2，Φ90mm錨孔穿孔與注漿2098m，Φ32mm錨桿鋼筋主材與制安14.9t，鋼墊板與對中支架主材與制安1.2t，SNS主動防護網購置與制安7400m2。工程投資概算為2,564,443元。

6 結語

齊大山鐵礦西幫5號運礦膠帶是礦山運輸系統的重要工程設施，邊坡危害對礦山的生產安全有較大的影響，根據研究結果通過采取相應的整治措施可以消除其安全隱患，但邊坡的整治在皮帶建設前效果會更好。

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