錦豐金礦爆破振動對邊坡穩定性的影響

羅世才

摘? 要：在考慮爆破振動的影響下，本文用極限平衡法對錦豐金礦邊坡進行分析，建立了錦豐金礦露天礦山臺階邊坡發生平面滑動的計算模型，推導出了最不利滑面傾角和最小穩定系數的解析解。通過分析，發現錦豐金礦從高到低的臺階個數與邊坡穩定系數的關系，隨著臺階個數的增加，邊坡穩定性減小，對工程實踐有一定指導意義。

關鍵詞：錦豐金礦；爆破影響;多臺階礦山邊坡;穩定系數

錦豐金礦礦體和圍巖以似層狀砂巖和薄層黏土巖為主，二者的地質特征都為層狀結構良好的薄層和軟硬巖層互層結構，構造影響較為強烈，結構發育，砂巖半堅硬，抗水抗風化性較強，而黏土巖質軟，強度低，抗水抗風化性較弱，工程地質性質差，斷裂帶破碎嚴重，透鏡體發育，泥質充填，層面易錯動，層間結合力差。礦體位于上下盤圍巖的斷裂破碎帶中，比圍巖更破碎、松散。巖石普氏硬度系數 ｆ＝2～5，巖石密度 2.77ｇ／ｃｍ３，單軸抗壓強度 21～60MPa，泊松比0.16～0.28，彈性模量 15～109GPa，水文地質條件較簡單。因錦豐金礦回采已經接近尾聲，需要回采局部礦柱，但回采礦柱時，爆破對邊坡有一定的影響，本文主要從兩個方向來分析邊坡穩定性。

1.各種參數的選取

1.1露天開采境界邊坡參數的確定

根據錦豐金礦原設計說明書，鑒于露天采場實行分期開采，首期境界與最終境界的邊坡參數有所不同，因而分別確定邊坡參數。

1.2露采最終境界邊坡參數的選擇

① 邊坡角的選取

錦豐公司委托了澳大利亞高達公司進行露天采場最終邊坡角的選取。高達公司認為：在錦豐金礦露天采場，盡管邊坡高度對邊坡的穩定性影響不大，但是對于較深的、坑底標高在450m的露天坑來說，大多數邊坡角都需要稍緩一些。而對于較淺的、坑底標高在560m的露天坑來說，邊坡角則可稍陡一些。對于露天坑北坡，由于邊坡角與邊坡高度都很大，表面上看似乎不合理，但是，由于北坡是逆層邊坡，所以該坡面的邊坡角和高度兩值均大屬正常。邊坡的上部應按560m坑底標高所確定的邊坡參數和非穩定巖體失穩幾率20%進行設計，露天坑下部的邊坡角可以更大一些。基于上述研究分析，高達公司推薦并提交了最終邊坡角。

② 最終境界邊坡參數的選取

根據以上描述的礦床開采技術條件、礦巖物理力學性質和露天邊坡的具體特征，依據礦床模型與露天采場最終邊坡角、階段高度等參數的推薦值，并綜合考慮露天采場生產工藝的需要，確定露天最終境界的邊坡參數為：

階段高度：10m（2個階段并段20m）。

終了階段坡面角：東、南、西部為60°；北部為65°。

安全、清掃平臺寬度詳見表1。

1.3巖石力學參數的選取

根據《錦豐金礦露天改井工設計說明書》中的巖石力學參數得到表3中的參數。

根據錦豐金礦設計說明書計算中采用的巖體（充填體）力學參數得到表4中的參數。

2.邊坡穩定性分析

2.1單邊坡的穩定性分析

如圖１所示，假定邊坡滑面為直線，已知θ 為邊坡滑面傾角，α1 為臺階邊坡坡角，l 和k 分別是滑面長度和臺階坡高，γ 是巖體重度，c 和φ 分別是粘聚力和內摩擦角。

根據肖雨[1]中的邊坡穩定系數的定義和力的平衡條件，考慮爆破影響下邊坡的穩定系數，式中：B為爆破等效靜力；B ＝KG。定義k為計算折減系數[2]。

根據錦豐金礦露天開采初步設計，一個階段高度20米，臺階邊坡角α1=65°，平臺寬度取單車通過寬度a=14米，則

因此，單臺階時邊坡穩定性表現為非常穩定。

2.2二階邊坡的穩定性分析

已知a１是臺階平面寬度，k１和k２分別是兩階邊坡的坡高，α１ 和α２分別是兩階邊坡的坡角，根據幾何關系可得三角形ABC的重量[3]，如圖2所示。

四邊形BDEF 的重量[4]

為了求解方便，令

式中

上式就是二階邊坡最不利滑面的水平投影距離， 將其代入式（1）

即可求出二階邊坡最不利滑面的穩定系數，這個穩定系數也就是二階邊坡的最小穩定系數。同時根據幾何關系θ＝arctan（h/x），可以求出二階邊坡最不利滑面的傾角θ[4] 。根據錦豐金礦實際條件，得

因此，二臺階時邊坡穩定性表現出非常穩定。

2.3多階邊坡的穩定性分析

通過對比式X和F不難發現，求解出的二階邊坡最不利滑面的水平投影距離的解析解和單階邊坡的解析解相比，只是 cotα１換成了cotα１＋β[5]。對于露天礦山臺階邊坡而言，為了便于施工生產，一般情況下各級臺階邊坡的結構參數相同，即臺階邊坡的平臺寬度a１ ＝a２ ＝……＝an ＝a ，臺階邊坡角α１ ＝α２＝……＝αn ＝α ，臺階高度k１＝k２＝……＝所以對多階邊坡而言，易得

根據錦豐金礦露天開采初步設計，一個階段高度20米， 取5個階段進行計算h=100米，n=5，臺階邊坡角α1=65°，平臺寬度取單車通過寬度a=14米，則

根據錦豐金礦地勘報告，金礦底部為石英巖和泥質砂巖，取比較弱的泥質砂巖進行計算，泥質砂巖粘聚力為3.69MPa，摩擦角為29°，爆破計算系數按照經驗取0.012，

代入（3）式得（13）

最不利滑面的傾角

將以上兩式代入F得

因此本邊坡為安全邊坡，在受到炮振以后不會發生垮塌。

當n=10時

X=93.2+249=342.2

通過以上分析，發現錦豐金礦邊坡穩定性系數隨著邊坡臺階的增加逐漸變小，但都是大于1的，說明整個邊坡在炮振作用下，是安全的，但隨著開采深度加深，邊坡巖石內聚力和摩擦角有所變化，容易造成松動，引起滑坡，所以邊坡扔需及時監控，一旦發生位移，及時處理。

【參考文獻】

[1] 肖雨。《爆破振動下露天礦臺階邊坡的穩定性分析》，（湖北工業大學學報2022年04月刊）94-99

[2] 陳志強，王 亮 清，劉 順 昌。巖 質 邊 坡 平 面 滑 動 滑 面 極 限傾角的研究[J]．人民長江，2013，44（13）：39-42．

[3] 孫玉科。邊坡巖體穩定 性 分 析[M]．北 京：科 學 出 版 社，1988．

[4]盧文波，賴 世 驤，朱 傳 云。巖 石 高 邊 坡 爆 破 震 動 動 力 穩定分析[J]．礦冶工程，1996（1）：3-7．

[5] 時衛民，鄭穎人，葉曉明。階梯形邊坡的穩定性分析[J]．巖石力學與工程學報，2002，21（5）：698-701．

[6]馬斐。爆破荷載作用下金堆城露天礦邊坡穩定性研究[D]．西安：西安科技大學，2018

作者單位：桐梓縣工業和能源局