某礦山露采高邊坡變形破壞模式分析

鄧社根，沙榮華，曹旖旎

(江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

目前，國(guó)內(nèi)很多學(xué)術(shù)研究者、專家教授對(duì)礦山露采高邊坡的變形破壞機(jī)制有較為深入的研究。張倬元等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量資料的分析，提出6種邊坡破壞模式：滑移—拉裂、彎曲—拉裂、滑移—彎曲、蠕滑—拉裂、滑移—壓致拉裂和塑流—拉裂。郝建斌等通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明了層狀礦體邊坡在動(dòng)力作用下的變形及破壞模式。鄭穎人等利用三維有限元數(shù)值模擬，模擬了地震作用下邊坡的變形破壞機(jī)制。

以上研究多數(shù)研究集中于降雨等外界條件以及數(shù)值模擬分析，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)卸荷的詳細(xì)調(diào)查，在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合西南地區(qū)的露天礦開(kāi)采導(dǎo)致高邊坡變形為例，對(duì)礦區(qū)高邊坡變形破壞模式進(jìn)行較為系統(tǒng)的理論性分析。

1 礦山露采邊坡概況

研究礦區(qū)位于西藏芒康地區(qū)，處于河流下游右岸，2700m高程下部整體較陡，邊坡整體坡度達(dá)50°，2700m～3040m段較緩，約30°～40°，邊坡整體高差達(dá)1000m左右。邊坡發(fā)育沖溝，由于受到其切割作用，邊坡表層礦體十分破碎。

邊坡地層主要為三疊系中統(tǒng)竹卡組（T2z），地表發(fā)育幾條黃斑、灰綠礦脈，邊坡主要發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面及一些確定性軟弱結(jié)構(gòu)面，兩組結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀分別J1:N54°W/NE∠76°、J2：N10°E/SE∠22°，平直光滑、無(wú)充填、干燥，間距10cm左右。軟弱結(jié)構(gòu)面（卸荷、斷層等）寬度5cm～50cm不等，泥質(zhì)充填，遇水軟化，對(duì)礦山露采邊坡的變形破壞具有控制性作用。

2 邊坡變形破壞特征

礦區(qū)邊坡變形破壞受礦物特性、結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)條件及外界等因素影響，邊坡變形破壞模式都有很大的不同，礦山開(kāi)采過(guò)程中邊坡礦體結(jié)構(gòu)（主要為卸荷裂隙）及其組合關(guān)系對(duì)邊坡變形破壞具有控制性作用。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)邊坡各平硐的調(diào)查，在PDZ18平硐270m深度，發(fā)育寬約1m強(qiáng)卸荷裂隙，產(chǎn)狀為N55°W/NE∠57°，傾向坡外，由于卸荷作用，礦體內(nèi)部產(chǎn)生較多裂隙，沿著卸荷裂隙產(chǎn)生壓剪變形，可在后期形成邊坡破壞的底畫(huà)面由于卸荷，礦體應(yīng)力進(jìn)行重分布，在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生寬大張裂，寬度達(dá)50cm，礦體內(nèi)部產(chǎn)生裂隙，沿著緩傾斷層發(fā)生位移，產(chǎn)生壓剪變形，形成大部分張開(kāi)，局部閉合的階坎狀裂隙。

通過(guò)野外實(shí)地勘查，目前礦山露采邊坡地表已有多處變形破壞現(xiàn)象，這些現(xiàn)象代表了邊坡潛在的變形破壞機(jī)制。邊坡坡度較陡，礦體沿著這組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生向臨空方向的傾倒變形，而后院產(chǎn)生陡傾坡外的張性破裂，裂縫軌跡表現(xiàn)為階坎狀，并伴隨著部分礦物碎塊下墜。

根據(jù)調(diào)查，邊坡主要發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面，一組陡傾坡外，一組為緩傾坡外，兩組結(jié)構(gòu)面相互組合，礦體易沿緩傾結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切變形，而陡傾結(jié)構(gòu)面逐漸會(huì)形成其后緣切割面，地表部分礦體已發(fā)生滑移失穩(wěn)，滑移后壁出露。

3 礦山露采邊坡變形破壞模式分析

邊坡變形破壞機(jī)制為以卸荷張裂為后緣，不斷加深加寬，與中緩傾角裂隙相組合的階梯狀滑移—拉裂破壞模式。礦山露采邊坡變形破壞模式較為復(fù)雜，淺表層由于發(fā)育陡傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面，沿著緩傾坡外結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生張裂，形成傾倒—拉裂式變形破壞，而邊坡傾坡外軟弱結(jié)構(gòu)面也發(fā)育較多，沿著緩傾結(jié)構(gòu)面也易形成滑移—拉裂式變形破壞。

圖1 邊坡潛在變形塊體組合

邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，卸荷作用導(dǎo)致邊坡應(yīng)力發(fā)生調(diào)整，淺表層的傾倒變形繼續(xù)發(fā)展，中緩傾坡外的卸荷破碎帶在坡體內(nèi)發(fā)育，邊坡上部礦體必向外產(chǎn)生一定的位移，而對(duì)下部礦體產(chǎn)生一定的推擠作用，開(kāi)挖面剪出口也發(fā)育緩傾外結(jié)構(gòu)面，礦體向外運(yùn)動(dòng)，開(kāi)挖面產(chǎn)生一定的錯(cuò)動(dòng)，當(dāng)緩傾結(jié)構(gòu)面貫通，邊坡可能產(chǎn)生滑移—壓致拉裂式的變形破壞，上部沿著斷層、卸荷裂隙產(chǎn)生拉裂，也會(huì)伴隨著產(chǎn)生滑移—拉裂式的變形破壞，如圖1所示。

綜上分析，卸荷作用下礦質(zhì)高邊坡的變形破壞模式主要有以下3中模式：傾倒—拉裂、滑移—拉裂及滑移—壓制拉裂。

4 結(jié)論

通過(guò)某礦山露采高邊坡工程實(shí)例，對(duì)礦山地質(zhì)的高邊坡地層結(jié)構(gòu)、已有的變形破壞現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)卸荷極為發(fā)育的礦體高邊坡變形破壞特征進(jìn)行了總結(jié)，研究了該邊坡的變形破壞模式，得出以下結(jié)論：

（1）邊坡坡體結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡變形發(fā)展具有重要的影響，在邊坡穩(wěn)定性分析中，要對(duì)邊坡的坡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的調(diào)查，進(jìn)而初步確定邊坡的變形破壞模式。

（2）邊坡的主要變形模式為陡傾斷層或結(jié)構(gòu)面與緩傾結(jié)構(gòu)面組合的階梯狀“滑移—拉裂”，具體分為淺表層碎裂礦體的小塊體失穩(wěn)、邊坡“邊坡塊體局部失穩(wěn)”和塊體整體失穩(wěn)。