山東南部某礦區水泥用灰巖礦邊坡穩定性分析

王

中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊（250100）

0 前言

某礦位于山東南部，為水泥用灰巖礦，根據《金屬非金屬礦山安全規程》以及《國家安全監管總局關于印發非煤礦山領域遏制重特大事故工作方案的通知》等文件的要求，該礦應對其所屬露天礦山進行邊坡穩定性分析評價。

1 評價對象與評價范圍

選定該礦山采礦許可證范圍內的終了邊坡以及高陡邊坡進行穩定分析評價。

2 礦山區域概述

礦區位于華北板塊(I)魯西隆起區(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山—平邑斷隆(Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的南部，棗莊斷裂的北盤。礦區內出露的地層自下而上有：寒武紀長清群饅頭組、寒武紀九龍群張夏組及第四系。礦區內主要為單斜構造，次為斷裂構造。區內發育有Fl和F2兩條正斷層。區內未見巖漿巖。礦床為濱海沉積礦床，存于寒武—奧陶紀九龍群張夏組中，裸露于地表。礦層內無夾層，內部結構簡單。礦山西部溝谷中有部分礦石被第四紀殘坡積物覆蓋。殘坡積物的主要成分為黃色含礫黏土、亞黏土，厚度平均2.77 m。礦坑充水因素為大氣降水，礦床開采為露天開采，礦體位于最低侵蝕基準面以上，礦區地形有利于自然排泄，礦體大范圍出露，第四系地層分布范圍小，且厚度不大。礦區附近無地表水體分布，本礦山水文地質條件簡單。本礦區地質構造較簡單，巖溶不甚發育，巖層以厚層狀構造為主，巖石強度大，穩定性好，不易發生礦山工程地質問題，工程地質條件屬簡單類型[1]。

3 露天采場邊坡現狀

礦山目前正常開采，本次分析的邊坡為礦山東側的Ⅰ號邊坡、礦山北側的Ⅱ號邊坡。Ⅰ號邊坡為正在開采中的臨時邊坡，Ⅱ號邊坡為復墾后的永久邊坡。

Ⅰ號邊坡（整體走向南北），南北長約800 m，巖石結構構造、礦物成分和色澤基本未變，部分裂隙面略有變色巖，少數豎向裂隙中充填黏土，巖體為微風化；錘擊聲清脆，有回彈，振手，難擊碎，屬較堅硬巖。巖體結構面主要為層面，豎向裂隙平均間距大于1 m，層面張開度小于1 mm，結構面粗糙，巖體較完整，按巖土工程分類為厚層—巨厚層灰巖。按 《非煤露天礦邊坡工程技術規范》GB 51016—2014，邊坡工程安全等級為Ⅲ級。

Ⅰ-1號測點，位于礦山東側，Ⅰ號邊坡南端，結構面粗糙，巖層產狀為280°∠9°，坡面產狀為250°∠70°，坡面有豎向裂隙，1條/m 或＜3條/m3。Ⅰ-2號測點，由1號測點向北約60m，結構面粗糙，巖層產狀為 280°∠9°，坡面產狀為 260°∠70°，坡面有豎向裂隙，1 條/m 或＜3 條/m3。

Ⅱ號邊坡（整體走向東西），東西長約440 m，巖石結構構造，礦物成分和色澤基本未變，部分裂隙面略有變色巖，少數豎向裂隙中充填黏土，個別結構面為鈣質膠結，巖體為微風化。錘擊聲清脆，有回彈，振手，難擊碎，屬較堅硬巖。巖體結構面主要為層面，豎向裂隙平均間距大于1 m，層面張開度小于1 mm，結構面粗糙，巖體較完整，按巖土工程分類為厚層—巨厚層灰巖。按《非煤露天礦邊坡工程技術規范》GB 51016—2014，邊坡工程安全等級為Ⅱ級[2]。

Ⅱ-1號測點，位于礦山北側，邊坡東側，結構面粗糙，巖層產狀為 270°∠12°，坡面產狀為 170°∠65°，坡面有豎向裂隙，1條/m或＜3條/m3。

4 露天采場邊坡參數、類型

該礦山巖體未受地質構造影響，裂隙不發育，物理機械性能屬中硬巖。根據礦山的地質條件，設計工作臺段坡面角75°，終了臺段坡面角65°，安全平臺寬4 m，清掃平臺寬8 m，每隔2個安全平臺，設置1個清掃平臺。該礦形成的最終邊坡類型為階梯狀。礦山開采終了結束以后，終了邊坡主要集中在礦區東側和南側，礦山東側邊坡50°～58°（邊坡最大高度 241.8 m）、 南側邊坡 41°～44°（邊坡最大高度91 m）、西側邊坡 49°～58°（邊坡最大高度 35 m）、北側邊坡55°（邊坡最大高度105 m）。

5 邊坡穩定性評價

該礦形成的邊坡類型為梯形組合式臺階。礦山東側邊坡50°～58°（由于礦山東側最終邊坡從+245 m水平以下各水平最終邊坡自東向西順底板留設緩傾斜邊坡，傾角5°～8°。若按照邊坡最高處與邊坡最低點連線計量最終邊坡角，導致最終邊坡角過小，故本次取邊坡最高處與+245 m水平坡腳處連線為最終邊坡角，相應邊坡最大高度143.8 m）、南側邊坡 41°～44°（邊坡最大高度 91 m）、 西側邊坡49°～58°（邊坡最大高度 35 m）、 北側邊坡 55°（邊坡最大高度105 m）。按照設計要求留設安全平臺及清掃平臺以后，采場內的最終邊坡角不大于58°。參考國內同類型礦山邊坡角取值其較為合理[3]。

礦區開采范圍內，礦層呈單斜層狀產出，產狀與地層一致，走向 NNE，傾向 270°～290°，傾角 5°～8°，產狀較穩定，傾角較緩，不會造成工程地質問題。賦礦層位于張夏組地層內，鮞狀結構、泥晶結構，致密堅硬，抗壓強度大，屬堅硬巖石。礦區內斷層構造不發育，礦區內發育有Fl和F2兩條正斷層。礦山開采最終邊坡均與Fl和F2斷層垂直相交，對最終邊坡的穩定基本不產生影響。礦山在開采過程中要采取相應的監測、控制措施，增加對邊坡的管理，定期檢測其穩定性，必要時采取加固措施，以保證邊坡的穩定性?？傮w來講，本礦采場邊坡為結構簡單的穩定型邊坡。

6 邊坡穩定性系數計算

根據 《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）的規定，滑坡穩定狀態應根據滑坡穩定系數確定。邊坡穩定狀態分為不穩定、欠穩定、基本穩定和穩定。1.05≤F＜Fst為基本穩定，F≥Fst為穩定。

計算通過巖土工程計算分析軟件進行計算，對Ⅰ號邊坡的Ⅰ-1號測點、Ⅰ-2號測點、Ⅱ號邊坡Ⅱ-1號測點進行了邊坡穩定性系數計算?？傮w邊坡的設計安全系數，按《非煤露天礦邊坡工程技術規范》GB51016-2014，邊坡工程安全等級為Ⅱ級?？傮w邊坡的設計安全系數選取1.20～1.15，計算結果為Ⅰ-1∶3.067；Ⅰ-2∶3.584；Ⅱ-1∶2.114。Ⅰ號邊坡和Ⅱ號邊坡，均為總體邊坡穩定狀態。

7 結語

該礦山邊坡為巖質邊坡，巖體基本質量級別為Ⅱ級，當邊坡破壞后可能造成人員傷亡或財產損失，因此，該礦邊坡工程安全等級為二級。

該礦邊坡穩定安全系數Fst取值：臨時邊坡為1.20，永久邊坡一般工況下為1.30。本次計算安全系數為F=1.7～3.5，大于1.30，因此該礦的最終邊坡穩定狀態為穩定。

Ⅰ號邊坡為正在開采中的臨時邊坡，可按原開采設計繼續進行開采。Ⅱ號邊坡為復墾后的永久邊坡，作為永久邊坡，建議松動巖石進行排險。

應嚴格按照設計要求進行開采，留設最終邊坡及安全平臺和清掃平臺，邊坡角度要符合設計要求。

要根據最終邊坡的穩定類型、分區特點確定監測級別，并建立邊坡監測系統，對坡體表面和內部位移、爆破震動等進行定點定期觀測，對存在不穩定因素的最終邊坡要長期監測。

建議按設計要求對邊坡進行降高等處理，并留設安全平臺，對邊坡上部浮石、危石及時進行清理，在危險部位增設護欄和相關警示標志。

要查清開采境界內的潛在危險區，設置明顯的警示標志。易引起邊坡坍塌事故的，要采取措施治理邊坡，及時消除安全隱患。應在主運輸道路兩側增設指示牌等明顯標志，增補急彎處、危險地段的警示標志，并加強排水溝的維護清理工作，確保排水溝暢通。

強化邊坡安全檢查。作業前，必須對工作面進行檢查，清除危巖和其他危險物體。對采場工作要每季度檢查一次，高陡邊坡要每月檢查一次，發現坍塌或滑落征兆，應立即停止采剝作業，撤出人員和設備，及時機械處理。