露天礦山開采邊坡失穩(wěn)原理與防治技術分析

于大偉

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

1 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

邊坡失穩(wěn)是由邊坡中的滑動體沿滑面破壞，即抗滑力與滑動力之比 (評價穩(wěn)定性系數(shù)。當比值FS等于1，為極限平衡狀態(tài)；FS大于1，為穩(wěn)定狀態(tài)；FS小于1，為不穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡的穩(wěn)定因素是相互影響的，在評價邊坡穩(wěn)定性時需要我們綜合考慮，對邊坡的防治工作有著重要的指導作業(yè)。

1.1 邊坡的幾何形狀

合理的邊坡結(jié)構(gòu)設計能提高邊坡的穩(wěn)定性。邊坡的幾何形狀包括坡面形狀和平面上的邊坡形態(tài)。山西某礦山，采用臺階分層開采，最高臺階270m平臺開采到礦界位置。臺階坡面角度70°，坡高14m。該平臺巖石較破碎，巖性為灰質(zhì)白巖、白云質(zhì)灰?guī)r，含泥質(zhì)。上層表土較風化嚴重，為防止邊坡滑動270平臺邊坡采用凹形斷面設計，其穩(wěn)定性要強于直線形邊坡和凸形邊坡。直線形邊坡適合坡高低，巖石結(jié)構(gòu)完整，巖性變化不大的邊坡；凸形邊坡適合坡底有完整巖體而上部結(jié)構(gòu)松散的巖體，這種結(jié)構(gòu)可減少剝離。為了確保其能夠穩(wěn)定，可以設計陡坡。在大型礦山開采中，邊坡較長，當邊坡向采空面凸起，在邊坡巖體內(nèi)出現(xiàn)側(cè)向拉力，當邊坡向采空面凹起時，在邊坡巖體內(nèi)出現(xiàn)其側(cè)壓應力。

1.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)及巖體性質(zhì)

不同性質(zhì)的巖體會表現(xiàn)出不同的物理性能，一般來說，沉積巖和侵入巖的邊坡穩(wěn)定性較好。而由板巖，片巖因節(jié)理風化作用出現(xiàn)滑移、塌塌。結(jié)構(gòu)面是由巖體的外力和內(nèi)力形成的斷層、裂隙、層理和節(jié)理的地質(zhì)界面，它能將巖體分開成形態(tài)不同、大小不一的塊體，這些塊體被稱為結(jié)構(gòu)體。礦山邊坡的穩(wěn)定性與這些巖體的結(jié)構(gòu)面和巖體密切相關。巖體滑動、變形位錯、破裂，導致邊坡巖體失穩(wěn)。我國多數(shù)工程邊坡事故往往由此造成。

1.3 巖性風化作用和侵蝕作用的影響

礦山位于北溫區(qū)，受季風影響明顯，年降水量較大，在邊坡防治工作中要分析風化作用。風化作用就是大氣、風、雨、溫度水等因素長期對巖石進行破壞，能創(chuàng)造巖土體結(jié)構(gòu)面，從而使巖石性質(zhì)改變。降低巖石抗壓、抗剪強度，巖石的變形性質(zhì)減弱。使巖體的微小裂隙增多并不斷向內(nèi)部延伸，巖體表面松軟膨脹，會一層一層剝落。由于風化作用的不段影響，邊坡的幾何形狀也會發(fā)生改變，導致邊坡巖土失穩(wěn)崩塌。

1.4 水對邊坡巖體的影響

水對礦山巖體影響有多方面因素。水的流動性會將巖體內(nèi)大量的礦物質(zhì)帶走，另一方面水的滲透性會使巖體會產(chǎn)生物理和化學作用，使巖體軟化松散、膨脹和破裂，導致強度降低。同時水會對邊坡產(chǎn)生動壓和靜壓作用，引起邊坡發(fā)生滑坡。露天礦山邊坡事故常常發(fā)生在雨季和解凍時期，普遍在于沒重視防治水工作，沒有選擇正確的方法 (導、截、堵、排)對水患進行治理。

1.5 構(gòu)造應力和殘余應力的影響

在開采過程中，邊坡邊界處發(fā)生應力集中現(xiàn)象，由于地層的構(gòu)造作用，也會使其承受一定的水平構(gòu)造應力。邊坡支護載合的大小與這些應力相關，對這些應力進行預測可有效降低對邊坡影響。

2 提高邊坡穩(wěn)定性的防治措施

2.1 合理安排開采順序確定邊坡參數(shù)

在露天礦生產(chǎn)過程中，要堅持自上而下的開采順序，堅持放井或斜孔，嚴禁對工作臺階底部位置開采，防止邊坡形成傘狀巖石和空隙。通過分層開采，將高度較高的采場劃分為幾個臺階，降低了邊坡的相對高度。臺階高度要根據(jù)礦巖巖石性質(zhì)及采掘設備綜合考慮，通常取值 10～15m，臺階太低不經(jīng)濟，太高又會存在安全隱患。因此，當前安全平臺應根據(jù)最終邊坡角來確定，并綜合考慮后期治理維護需要。充分利用控制作爆破技術 (光面爆破、預裂爆破)來保證最終邊坡面的完整。

2.2 做好防水排水工作

首先做好礦山防汛工作，設計好地面排水溝、截水溝。將其貫通到主要泄洪河道或遠離邊坡部位，從而減少采場積水匯集到邊坡位置。其次要抑制延緩軟巖邊坡蠕動變形的現(xiàn)象，進行疏干減壓，降低因地下水壓引起的邊坡變形，采用集水井、滲井、平孔排水等手段，讓水不處于滑坡范圍內(nèi)，增加邊坡穩(wěn)定性。根據(jù)礦山實際需要，合理的設計礦山疏干排水工程是延緩邊坡形狀突變的有效手段。

2.3 全面統(tǒng)籌，精心施工

根據(jù)圍巖性質(zhì)結(jié)構(gòu)合理選擇支護方法 (如錨桿、噴射混泥土、抗滑樁、注漿、擋墻)提高邊坡穩(wěn)定性，控制邊坡變形。減少邊坡圍巖的暴露時間，對比較破碎的地帶可以通過預注漿，提高巖石強度，封堵水流。推進邊坡穩(wěn)定性的安全標準化，嚴格按照開采設計說明書進行作業(yè)。精心組織爆破施工，邊坡頻繁遭受爆破震動會導致邊坡的穩(wěn)定性變差，精細化的爆破施工將爆破震動控制在安全范圍內(nèi)，維護邊坡的穩(wěn)定。

2.4 做好邊坡監(jiān)測預警工作|

確保露天礦邊坡的穩(wěn)定是做好礦山安全生產(chǎn)的前提。要充分利用科學技術手段，實行無人機跟蹤巡查，結(jié)合智慧礦山的建設推進工作，建立起智能邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)，為邊坡日常養(yǎng)護、管理和監(jiān)測提供的依據(jù)。定期組織人員邊坡進行巡視監(jiān)測，及時了解邊坡的位移及表面裂縫、變形等情況，針對邊坡失穩(wěn)制定事故救援預案。

3 結(jié)語

綜上所述，在礦山邊坡的防治工作中，主要以預防力主，規(guī)范開采作業(yè)，提前預警，出現(xiàn)邊坡危險時及早進行治理。在了解邊坡的失穩(wěn)機理，加強對邊坡的管理工作，運用現(xiàn)代化的邊坡治理手段，確保邊坡安全。