露天礦山邊坡特點(diǎn)及滑坡關(guān)鍵治理技術(shù)分析

文/龐鑫 攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司 設(shè)計(jì)研究院 四川攀枝花 617063

受地理位置和外部環(huán)境影響，高邊坡區(qū)域易發(fā)育有大型滑體、滑體范圍可達(dá)到幾十萬m3，高度在數(shù)十米，給礦山邊坡境界靠幫帶來較大影響。露天礦山邊坡有著不穩(wěn)定性、階段性、時(shí)效性特點(diǎn)，邊坡治理工作不同于水利工程、公路橋梁項(xiàng)目，對(duì)企業(yè)資質(zhì)、施工專業(yè)水平、機(jī)械設(shè)備等要求嚴(yán)格。

1、露天礦山邊坡的特征

露天礦山邊坡指的是礦場(chǎng)周圍表面傾斜，邊坡由開采工作的臺(tái)面組成總斜坡。邊坡和水平面夾角叫邊坡角，根據(jù)邊坡和礦體空間位置由可以劃分成上盤邊坡、下盤邊坡、端部邊坡。露天礦山邊坡長且高，易受斷層、節(jié)理及軟弱結(jié)構(gòu)面的影響產(chǎn)生滑坡、崩塌現(xiàn)象。受地理環(huán)境和氣候溫度影響，礦山開采作業(yè)過程中形成的邊坡由于缺乏有效的維護(hù)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害。礦山開采過程中的爆破振動(dòng)作用、邊坡上部與下部的差異風(fēng)化等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，造成不同邊坡區(qū)段穩(wěn)定性有較大差異。

2、露天礦山邊坡滑坡原因

因?yàn)槁短斓V山開采作業(yè)使邊坡原生巖體出露，影響了邊坡巖體內(nèi)部穩(wěn)定性。邊坡外層臨空巖體承載力降低導(dǎo)致趨向臨空方向移動(dòng)；當(dāng)邊坡巖體達(dá)到限定強(qiáng)度后，移動(dòng)位置量減小，一定范圍內(nèi)邊坡總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。在邊坡巖體強(qiáng)度較小時(shí)，巖體彈性模量差進(jìn)而出現(xiàn)較大變形量，邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)，變形量較大產(chǎn)生滑坡。礦山邊坡根據(jù)發(fā)生規(guī)律包括塌落、滑坡。

首先，塌落。塌落指的是臺(tái)階上端巖體受風(fēng)化、爆破影響發(fā)生振動(dòng)與母體分離，下落沉積坡腳，偶爾會(huì)隨著巖石翻滾與破損狀態(tài)。塌落導(dǎo)致臺(tái)階變形、寬度縮減從而給運(yùn)輸、清理帶來較大困難，甚至?xí)?dǎo)致邊坡形狀改變，邊坡角縮小。其次，滑坡指的是邊坡巖體受外部影響出現(xiàn)嚴(yán)重的巖體滑坡，順著某平面從上至下移動(dòng)。出現(xiàn)該現(xiàn)象主要因?yàn)榛嫔系募袅Τ^抗剪度，通?；w發(fā)生至滑體下移會(huì)經(jīng)過一定時(shí)間，初期為滑體蠕動(dòng)變形，最后出現(xiàn)突然滑落。從變形到滑落時(shí)間在幾年以上，但一些滑坡會(huì)有征兆。根據(jù)滑坡滑面類型，滑坡分為平面滑坡、圓弧滑坡、鍥形滑坡，其中，平面滑坡指的是地質(zhì)結(jié)構(gòu)面平行邊坡坡面，與邊坡坡面相同，當(dāng)傾角額低于邊坡角后邊坡巖體順著結(jié)構(gòu)面滑坡。圓弧滑坡指的是垂直在坡肩方向斷面的滑動(dòng)面為圓弧狀。鍥形滑坡指的是兩個(gè)結(jié)構(gòu)面斜交邊坡坡面的交線在邊坡坡面露出后，若交線傾斜角超過結(jié)構(gòu)面的摩擦角且低于邊坡角的后，出現(xiàn)鍥形滑體滑坡。

3、露天礦山邊坡滑坡關(guān)鍵治理技術(shù)

常見滑坡治理技術(shù)有預(yù)應(yīng)力錨桿索錨固、抗滑樁支擋、清坡壓腳等，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中都存在一定弊端。降低爆破影響，盡可能使邊坡巖體強(qiáng)度保持不變，根據(jù)設(shè)計(jì)坡形成坡，保證錨固結(jié)構(gòu)的錨固深度和錨固力，截?fù)醯乇硭c地下水成為核心治理技術(shù)。

3.1 小孔徑斜孔靠幫控制爆破

靠幫控制爆破技術(shù)：爆破接近靠幫巖體的損壞范圍、范圍、程度展開控制。現(xiàn)階段，該項(xiàng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，通過預(yù)裂爆破、毫秒微差逐孔起爆和緩沖孔融合的爆破技術(shù)。例如：某礦山臺(tái)階段高15m，臺(tái)階坡面角為60°，雙臺(tái)階并段30 m，5m安全平臺(tái)，清掃平臺(tái)寬度20m。爆破參數(shù)預(yù)裂孔孔徑為260mm，孔間距4m、孔深17m、垂直孔選擇70mm藥柱不耦合裝藥，主爆孔孔徑300mm，垂直孔孔深的18m，孔底持續(xù)裝藥孔口密封。裝藥量為760kgN，孔距在6-8m，排距4-5m，緩沖孔孔徑310mm，孔深18m，孔底裝藥量300kgN。選擇毫秒高精度雷管毫秒延時(shí)逐孔起爆延時(shí)時(shí)間25ms，一次爆破范圍在50-180t，對(duì)于完整巖體預(yù)裂效果符合需求，但對(duì)于巖體質(zhì)量較弱的位置效果不夠理想，其表現(xiàn)特征為：半壁孔無法保留、6m安全平臺(tái)不能保留、清掃臺(tái)無法保留18m、并段臺(tái)階坡形直立。保留區(qū)巖體坍塌影響加固區(qū)錨固結(jié)構(gòu)，究其原因：沒有根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境選取適合的預(yù)裂孔孔網(wǎng)參數(shù)，鉆孔傾角沒有根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，爆破范圍和單響藥量較大導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超出要求范圍。綜合分析，對(duì)巖體質(zhì)量較低的滑坡選擇小孔徑斜孔靠幫控制爆破。

首先，爆破設(shè)計(jì)。預(yù)裂孔炮孔100mm，深度31m，傾角65°，炮孔間距0.8-1.2m。根據(jù)巖體質(zhì)量劃分，質(zhì)量較差取小值，不耦合參數(shù)15線裝藥密度在3-5kgN，底端加強(qiáng)段15-25kgN，裝藥結(jié)構(gòu)長度20cm的巖石乳化炸藥預(yù)裂藥卷，間隔不耦合形式。藥卷按照底端加強(qiáng)段，中間正常段順序綁扎在竹片與導(dǎo)爆索中，隨后送至孔內(nèi)，保證堵塞是維持孔內(nèi)高壓爆轟氣體的基礎(chǔ)前提。主爆孔炮孔100mm，炮孔深度為15m，傾角65°，炮孔孔距4m，排距3m，呈等邊三角形設(shè)計(jì)，堵塞長度為4m，選擇多孔粒狀銨油炸藥，單孔裝藥量為65kg。其次，效果分析，主礦采場(chǎng)數(shù)個(gè)碎裂巖體坡段削坡減載與控制靠幫，預(yù)裂孔半壁孔痕保留范圍在75-90%。碎裂結(jié)構(gòu)區(qū)滑體下方安全平臺(tái)根據(jù)要求坡形保留下來，爆破生成的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度明顯減少。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨硐

露天礦邊坡加固發(fā)生陡幫開采出現(xiàn)多級(jí)滑面滑體。對(duì)此，常見控制方法為預(yù)應(yīng)力錨索與預(yù)應(yīng)力錨梁，但在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多問題。以某工程為例，結(jié)合該地區(qū)滑體治理技術(shù)選擇預(yù)應(yīng)力硐錨技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)有助于對(duì)滑體狀態(tài)、水文地質(zhì)狀態(tài)勘查。洞室內(nèi)穩(wěn)定巖層鉆孔，安裝錨索有助于提升預(yù)應(yīng)力錨固。利用鋼筋混凝土進(jìn)行洞室澆筑，置換了碎裂結(jié)構(gòu)與散體結(jié)構(gòu)的巖土體，有效提升了巖土體力學(xué)強(qiáng)度；同時(shí)在局部滑面生成阻滑鍵有效抑制畫面貫通。洞室鋼筋混凝土配置在40根左右，螺紋鋼連接套連接生成全長粘錨桿達(dá)到8000kN抗拉力與7000kN抗剪力，洞室底端與斷層位置擴(kuò)大截面生成洞塞，有助于提升桿體抗拔加固效果。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土錨硐設(shè)計(jì)，硐室大小為25m，深度在60，螺紋鋼用于受拉鋼筋，箍筋選擇Φ16螺紋鋼，洞內(nèi)C20混凝土澆筑，二次注漿選擇M30水泥砂漿，洞室設(shè)置4根2700kN預(yù)應(yīng)力錨索，錨固段長約12m，成孔180mm單位洞塞設(shè)計(jì)被動(dòng)抗拉力10000kN主動(dòng)預(yù)應(yīng)力10800kN。

結(jié)語：

綜合分析，露天礦山邊坡陡峭，并且容易受到外部環(huán)境和爆破工程影響繼而引發(fā)邊坡滑坡。所以，做好防滑坡關(guān)鍵技術(shù)控制有著重要意義。第一，相對(duì)于其他項(xiàng)目，露天礦邊坡特征顯著，工程技術(shù)與其他項(xiàng)目邊坡也有著較大差異。第二，降低爆破對(duì)保留巖體影響，盡可能保留邊坡巖體強(qiáng)度，根據(jù)設(shè)計(jì)境界形成邊坡，保證錨固結(jié)構(gòu)的錨固深度和錨固強(qiáng)度a。第三，露天礦滑體治理秉承綜合治理原則，制定可行性方案措施從而達(dá)到理想的治理效果。