司家營鐵礦采場西幫邊坡治理方案

楊　威　張云鵬

(1.華北理工大學礦業工程學院；2.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司)

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司家營鐵礦采場西幫邊坡治理方案

楊威1,2張云鵬1

(1.華北理工大學礦業工程學院；2.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司)

摘要為確保司家營鐵礦正常生產和人員設備安全，應用Geo-slope軟件，對該礦一期采場西幫線特厚沖積層邊坡滑坡進行了反演分析，采用圓弧滑動法進行了驗算，得到了邊坡土體的力學參數。通過對邊坡進行穩定性分析評價，制定了削坡和坡腳土釘加固的2種邊坡治理方案，經對比分析，認為土釘施工穩定邊坡巖體方案不影響坑底最終境界位置，避免高壓線塔和電線桿的移設，有助于確保該礦西幫邊坡的穩定。

關鍵詞邊坡滑坡力學參數邊坡治理Geo-slope軟件圓弧滑動法

目前，司家營鐵礦已進入深部開采階段，由于礦區工程地質條件復雜，加之礦山頻繁的生產爆破振動，致使邊幫巖體多處出現張裂、滑塌，采場西幫邊坡也出現了局部滑塌。滑體的存在使得下方臺階無法按設計靠界并段，阻礙了礦山生產的正常進行，嚴重影響了礦山的生產能力，制約了礦山的持續穩定生產。為確保礦山正常生產和人員設備的安全，有必要對邊坡的穩定性進行分析，并根據分析結果對失穩變形或潛在變形的區段提出相應的治理方案。

1研究區域概況

司家營鐵礦采場西幫邊坡第四系土層厚度較大，為51～68 m，主要由粉土、粉砂、黏性土和強風化石英砂巖、頁巖等組成，邊坡土層含水層富水性強，邊坡角變化較大，土層底板在有水滲流侵蝕的條件下，易發生失穩破壞[1]。對西幫邊坡進行勘查得知，鉆孔穩定水位埋深31.00～34.00 m，水位高程-12.75～-9.62 m，該區地下水補給來源主要為大氣降水和側向徑流補給。

1.1滑坡概況及失穩機理

圖線滑坡示意

1.2滑坡反演結果

應用Geo-Slope軟件對邊坡滑坡進行了反演分析(設定穩定系數為1.0)，按照圓弧滑動法進行驗算，得到邊坡土體的力學參數[3]。反演邊坡破壞模式見圖2，計算得到邊坡滑坡反演計算參數，亞砂土容量為20.9 kN/m3，凝聚力為9.5 kPa，摩擦角為18°。根據研山東幫第四系粉土層的力學試驗結果，該層土的凝聚力為20 kPa，摩擦角為20°，經長期地下水的侵蝕弱化，當凝聚力為9.9 kPa、摩擦角為18°時，發生失穩破壞[4-7]。

圖線邊坡模型滑坡模式Geo-Slope反演結果

1.3滑坡治理的必要性

圖線剖面(坡角40°)

圖4　沖積層厚度剖面

2.1方案一(削坡工程)

由于西幫地面架設有環形供電線路和高壓線塔，擴幫后將有9個環形供電線路的線桿位于新坡肩位置內側，需移設。同時，擴幫后將有3個高壓線塔距新坡肩較近，其中編號為GY20-23的高壓線塔與擴幫邊坡肩的最短距離僅為2 m，為確保該線塔安全，宜移設。但鑒于單個線塔的移動不但費用大，而且會影響到臨近線塔受力的平衡與穩定，還會使二期選廠的供電間斷，因此，根據現場勘查與經濟核算結果，采取了加固措施來避免移動線塔；編號為GY16-18、GY34-36的2個高壓線塔距坡肩13～20 m，也需采取局部重點加固措施。設計需要移動的9個電線桿統計結果以及設計需要重點加固的3個高壓線塔的相關統計結果分別見表2、表3。

圖勘探線剖面

圖勘探線剖面

圖勘探線剖面

圖勘探線剖面

圖勘探線剖面

表1　各剖面擴幫清理土方量

注：各面按35°的臺階坡度向西擴幫20 m清理形成1個段高12 m 的臺階。

表2　設計需要移動的電線桿統計數據

表3　設計需要重點加固的高壓線塔相關數據

2.2方案二(坡腳土釘加固)

為防止滑坡，可在清理臺階下部邊坡坡腳處進行土釘加固，打入基巖，從而提高邊坡穩定性。土釘作用機理：①箍束骨架作用，這是由土釘自身的剛度、強度及其在土體內分布的空間組合方式決定的，具有約束土體變形的作用，并使復合土體構成一個整體；②分擔作用，在復合土體內，土釘與土體共同承擔外荷載和土體自重應力，土釘起著分擔作用，土釘分擔的比例取決于土釘與土體的相對剛度比、土釘所處的空間位置及復合土體的應力水平；③應力傳遞與擴散作用，在相同荷載作用下，土釘墻土體部分的應變水平較素土邊坡低，從而推遲了開裂域的形成和發展[8]。土釘施工位置如圖10～圖15所示，新增鉆孔位置及深度如表4所示。

圖線土釘位置示意

圖線土釘位置示意

圖線土釘位置示意

圖線土釘位置示意

方案二中，每個剖面5個土釘，其中坡腳上部坡面2個，平臺3個，各自相鄰2 m，相隔2 m再打1排土釘，400 m寬度需1 005個土釘，每個土釘長 30 m，共需打30 150 m土釘。

圖線土釘位置示意

新增鉆孔編號坐標/mXYZ鉆孔深度/mN#10-1392315343566N#11-1392301313155N#12-1392287323254N#13-1392271313253N#14-1392236313171

方案一由于地面存在的高壓線塔無法移設，僅能采取土坡緩坡和加固的方案，由于放緩土坡將影響坑底最終境界位置，因此，相對于方案一而言，方案二可行性較高。從西幫邊坡穩定性角度分析，作為土釘加固方案的配套和前期工程，仍需采取的配套防護措施包括：①護坡工程，防止坡表被降雨沖刷；②基巖頂板需施工水平放水孔工程，疏干地下水；③邊坡監測工程；④地表防滲工程，此外，土坡盡快按設計境界靠幫到界。

3結語

(3)考慮到地面存在的高壓線桿，為不影響坑底最終境界位置，確定采用土釘施工穩定邊坡巖體方案進行邊坡治理，該方案在土坡下部坡面和平臺處打入土釘，深入基巖，從而提高了邊坡巖體的穩定性，可最大限度地保持現狀邊坡穩定，避免高壓線塔和電線桿的移設。此外，該方案實施時，需在土巖接觸帶施工水平放水孔，以疏干地下水，此外，還應確保土坡盡快按設計境界靠幫到界。

參考文獻

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(收稿日期2016-04-19)

Treatment Scheme of the West Slope of Sijiaying Iron Mine Stope

Yang Wei1,2Zhang Yunpeng1

(1.College of Mining Engineering,North China University of Science and Technology;2.Luanxian Sijiaying Iron Mine Co.,Ltd.,Heibei Iron & Steel Group)

AbstractIn order to ensure the mine normal production and the safety of equipment and personnel, the thickness alluvium slope landslide of line of the west slope of the first stope of Sijiaying iron mine conducted inversion analysis based on Geo-slope software,the checking calculation is conducted by adopting the circular sliding method to obtain the mechanical parameters of slope soil.Through the evaluation of slope stability analysis, the two slope treatment schemes are proposed that are the cutting slope and slope toe soil nail reinforcement.The comparison and analysis results show that, the final bottom boundary position can not be impacted by the scheme of the soil nail construction to stable the slope rock mass,it also good for avoiding moving the high-pressure pylons and telegraph poles and ensuring the stability of the mine west slope.

KeywordsSlope landslide， Mechanical parameters， Slope treatment， Geo-slope software， Circular sliding method

楊威(1984—)，男，工程師，碩士研究生，063700 河北省灤縣響嘡鎮。