錦豐金礦炮振對邊坡穩定性影響

摘 要：貴州貞豐縣錦豐金礦為亞洲第四大金礦，已經開采多年，近期進入殘采階段，開始回采邊界礦柱，但邊界礦柱距離地表較近，在回采邊界礦柱時，由于炮振影響，容易引起邊坡的垮塌。通過分析邊坡受力分析，建立邊坡穩定性方程，并代入炮振計算系數，計算邊坡穩定性系數F。同時求出邊坡最不穩定角θ，為以后的邊坡計算提供一個算例。

關鍵詞：錦豐金礦 炮振影響 邊坡穩定 計算系數

中圖分類號：U23

Influences of Blasting Vibration on Slope Stability in the Jinfeng Gold Mine

ZHANG Changjiang

Guizhou Starry Sky Design Co.， Ltd.， Guiyang， Guizhou Province， 550002 China

Abstract： The Jinfeng Gold Mine in Zhenfeng County， Guizhou Province is the fourth largest gold mine in Asia， which has been mined for many years， and recently， it has entered the residual mining stage and started to mine boundary pillars. However， the boundary pillars are close to the surface， and when mining them， it is easy to cause slope collapse due to blasting vibration. This article analyzes the force of the slope， establishes an equation of slope stability， and calculates the coefficient F of slope stability by substituting the calculation coefficient of blasting vibration into the equation. At the same time， it calculates the most unstable angle θ of the slope， which provides a calculation example for future slope calculations.

Key Words： Jinfeng Gold Mine; Impact of blasting vibration; Slope stability; Calculation coefficient

1 項目介紹

錦豐金礦為露天與地下開采的礦山，為了充分回收資源，貴州錦豐礦業有限公司按照《貴州錦豐礦業有限公司錦豐金礦露天與地下隔離礦柱開采設計》對炮振對錦豐金礦邊坡穩定性進行分析。最后得出具體結論。

1.1 礦巖物理力學性質

組成礦體及圍巖的主要巖石為砂巖、黏土巖，根據地質資料提供的試驗數據，礦巖的物理力學指標歸納見表1。

1.2 露天邊坡穩定性評價

磺廠溝礦段主要由砂巖夾黏土巖半堅硬～軟弱巖組組成；砂巖薄至中厚層，半堅硬，抗風化性強，但因受構造強烈擠壓作用，完整性受到破壞，強度降低。黏土巖質軟易風化，在強烈構造作用下，強度更低，穩定性差，是影響邊坡穩定性的主要因素[1]。礦區自然邊坡角一般為21°～35°，而且表層普遍發育風化帶與殘坡積物等不良工程地質巖土，但都未見不良自然地質現象發生。露天邊坡主要由邊陽組砂巖夾黏土巖半堅硬～軟弱巖組構成，影響邊坡穩定性的主要因素為黏土巖軟弱夾層及斷層破碎帶，特別是順坡向的軟弱夾層，對邊坡穩定性影響較大。露天境界南坡巖層傾向北東，傾角一般為40°～60°，為順向坡，若坡體內存在順坡向軟弱夾層面的話，有可能發生平面或折線形破壞。露天境界北坡，巖層傾向北東，傾角一般為50°～70°，為逆向坡，較穩定；但在4線以東巖層均傾向南西，傾角一般為40°～70°，為順向坡，有可能發生局部區域內平面或折線形破壞[2]。

2 單邊坡的穩定性分析

假定邊坡滑面為直線，已知為邊坡滑面傾角，為臺階邊坡坡角，為滑面長度，為臺階坡高，為巖體重度，為黏聚力，為內摩擦角。

根據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（1）中：為爆破等效靜力；，令，定義為炮振計算系數[3]。

根據三角形正弦定理求得滑體重量：

將式（2）代入式（１），得

為方便計算，令，化簡上面的公式，得

對公式（5）進行求導，并使其導數等于0，

簡化得

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

因此，單臺階時邊坡穩定性表現出非常穩定[4]。

2.1 二階邊坡的穩定性分析

當平臺為二階時，已知為臺階平面寬度，分別為兩階邊坡的坡高，分別為兩階邊坡的坡角。根據幾何關系可以得到的重量：

四邊形BDEF 的重量

為求解方便，令

得

則滑體重量為的重量減去四邊形BDEF的重量，令，即

對上式求導，并令上式導數等于0，則方程解為：

式中

因此，單臺階時邊坡的穩定性非常穩定。

2.2 多階邊坡的穩定性分析

當平臺為三階或多階時，公式（1）、式（2）和公式（6）對比后發現，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，只是換成了。對于露天礦山，臺階邊坡的平臺寬度，臺階邊坡角，臺階高度。

所以對二階邊坡而言，易得

易得，滑體重量為的重量減去四邊形DEFJ 和四邊形JHIB的重量 ，即

公式（1）（3）聯立公式（9），可解得

可得，滑體重量為的重量減去陰影部分的重量，即：

同樣聯立公式（9），可解得

同理可以推出，當臺階邊坡有階時，的值為

在求解時，將值代入公式（10）中，便可求解出多階邊坡最不利滑面的水平投影距離，然后求解出最不利滑面的傾角和最不利滑面的穩定系數[5]。

根據錦豐金礦露天開采初步設計，一個階段高度20 m，研究人員取5個階段進行計算h=100 m，，臺階邊坡角，平臺寬度取單車通過寬度α=14 m，則

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

，代入公式（12）得

X=113.7+2.27+132.3=247.97 m

最不利滑面的傾角

將以上兩式代入（11）得

F=14.996?1

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

3 結語

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，所以邊坡仍需及時監控，一旦發生位移，應及時處理。

參考文獻

[1]肖雨，湯華，鄧琴，等.爆破振動下露天礦臺階邊坡穩定性分析[J].湖北工業大學學報，2022，37（2）：94-99.

[2]厲美杰，杜軍，王洪強，等.爆破振動對露天礦山永久邊坡穩定性的影響分析[J].爆破2023.40（1）：170-176.

[3]羅凱.露天坑尾砂膠結回填工程穩定性及地下水環境影響研究[D].長沙：中南大學，2022.

[4]章海象.錦豐金礦露天礦邊坡監測及滑坡預報[J].銅業工程，2018（1）：43-47.

[5]李啟航.強降雨入滲—采動卸荷耦合下裂隙高陡巖質邊坡的穩定性演化機制研究[D].贛州：江西理工大學，2022.