影响露天矿边坡稳定的因素及防治措施

1、影响露天矿边坡稳定的因素及防治措施摘要：露天矿边坡是露天采矿的一个重要组成部分，边坡的稳定性直接影响采矿的安全和施工进度，也涉及到矿山开采方案、投资规模、经济效益及矿山服务年限和采矿生产、运输工艺等诸多方面。随矿山开采规模的不断扩大，深度增加，边坡工程也在逐步增大，边坡的安全和稳定性显得越发重要。因此，边坡稳定性及防治措施对矿山的后续发展也尤为重要。 关键词：大平掌；露天矿；边坡稳定性影响因素；边坡角；防治措施露天矿边坡是露天采矿工程活动所形成的一种特殊结构物。它与地壳体连成一体，处在地应力场内，无时不承受各种自然应力的作用。同时，它又是矿山工程活动的对象，受矿山活动的影响。因此，影响露天矿边

2、坡稳定性的因素繁多，这些因素的影响程度是个复杂的问题。对于露天矿山, 提高边坡角又可达到充分回收资源、降低生产成本和增加矿山效益的目的。在充分考虑影响边坡稳定因素的同时，合理确定边坡角具有很好的前景和价值，由此看来边坡稳定技术开发也尤为重要。 一、大平掌矿山的地质概况大平掌铜多金属矿位于冈底斯念青唐古拉褶皱系与唐古拉昌都兰坪思茅褶皱系两个级大地构造单元的接合部，属于澜沧江复杂火山岩带中南段火山岩岛弧。矿体分布于侵蚀基准面之上的次火山岩中，矿体出露标高870-1270m，埋深0-400m不等。上伏地层为英安岩，岩石节理裂隙不发育，孔隙度低，为不含水或弱含水层。矿区分为V1、V2两种矿体

3、，V1矿体顶板岩石绝大部分为英安岩，岩石致密坚硬、节理欠发育，具有较好的抗压强度，少部分为沉凝灰岩。V1矿体赋存流纹岩与英安岩间的沉凝灰岩，凝灰岩岩层产状总体平缓，倾角0-22°，个别达到40°，岩体松软，极易风化、水化，且局部围岩绿帘石化、绿泥石化很强，极不稳固。V1矿体底板岩石为流纹岩或V2矿体。V2矿体顶板、底板及含矿岩石均为流纹岩，被硅质胶结，硅化强，岩石坚硬，抗剪抗压强度高。矿床露天采矿过程中注意V1矿体附近的低缓破碎带及其他破碎带对边坡稳定性的影响，其余地段，岩石坚硬，稳固性好。地下水渗透会使节理面岩壁或节理充填物弱化，在遇到软弱夹层时，会使软弱夹层中或结构面上

4、的泥质物质发生软化和泥化，导致岩体强度降低。经统计，干燥结构面占大多数，极少数结构面有渗水现象。但到了梅雨季节，由于边坡外部顺层结构面比较发育，容易诱发局部垮塌，跨落的碎石体掩盖平台，那么对工程造成影响和经济损失以及人员通行不便。因此在此期间应注意地表水防排水工作，以防止水对边坡的侵蚀，造成大面积的滑坡破坏。就目前现状而言，水对边坡面上的岩体性质影响比较大，对边坡内部岩体性质影响不大。二、影响边坡稳定性的因素分类影响露天矿边坡稳定性的因素有很多，既有内因也有外因。内因方面主要是地质构造，岩石的岩性及其结构面和结构体构造。外因主要有水、积雪、气候、震动、开采技术、生产过程及维护管理。1、其中内因

5、包括：（1）岩体岩性特征。组成大平掌矿山边坡主要为上覆表土层、风化严重英安岩、表面风化英安岩、英安岩、流纹岩。根据岩石的力学性质在各质点均不同和岩体中各种自然软弱面的特征，调查其几何形状、尺寸及其空间分布，从而分析其对边坡稳定性的影响。矿岩块力学性质试验成果表岩 性平均容重 (g/cm3)平均干燥抗压强度/MPa平均饱水抗压强度/MPa软化系数平均抗拉强度(MPa)弹性模量(104MPa)泊松比东帮表面风化英安岩2.62126.0866.880.535.432.740.101西北帮表面风化英安岩2.67118.7778.260.665.844.900.1861145流纹岩2.9156.4349

6、.040.872.134.160.281新鲜英安岩2.66136.8790.970.665.515.740.217V1矿4.23104.5056.870.54-11.780.262V2矿2.9177.9562.120.80-5.170.2091185西南流纹岩-210.62203.580.976.43-1200东南帮流纹岩-151.52113.000.757.19-（昆明理工大学国土资源工程学院岩石力学实验室试验报告，矿岩块采用的是50mm×50mm）（2）岩体结构面。结构面主要有软弱夹层(或弱层)；岩层面、层理；断层；节理、裂隙；片理、页理。大平掌铜矿露天采场上部岩体（风化英安岩）

7、节理裂隙较发育，西部和西北边坡断层较多，采场边坡岩体结构面大部分属于急倾斜的结构面，其中夹带泥灰岩，遇水泥化，边坡稳定性差，表土层和严重风化英安岩接触面很不稳定，存在大面积滑坡或塌方的隐患。节理裂隙RQD值统计表序 号调查地点岩 性节理裂隙密度(条/m)RQD值（%）平均值（%）结构面密度估算法体积节理统计估算法11180平台风化英安岩2.2285.43100.0092.7121220平台风化英安岩3.5980.2991.3185.8031230平台风化英安岩3.9478.9889.0083.9941200平台英安岩2.2785.24100.0092.62说明：1、流纹岩和矿石没有合适的地段进

8、行详细的节理裂隙调查，本次调查主要集中在风化英安岩和新鲜英安岩；2、受现场调查条件的限制，只调查了长度大于0.5m的节理，小于0.5m的未作统计，故RQD值偏大。（RQD：岩石质量指标，是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法，由美国伊利诺斯大学提出和发展起来。）（3）地质构造。地质构造对边坡稳定性的影响是十分明显的，在区域构造复杂，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性较差，失稳斜坡发育的方式、分布的疏密与构造线的方向及部位有密切的关系。大平掌矿区总体为一北西走向的背斜构造，由于受断裂、斜长花岗斑岩及流纹斑岩侵入破坏，背斜形态不完整。李子树断裂（F4）、白沙井断裂（F2）沿矿区两侧分布，将矿区

9、夹持于其中。白沙井断层（F2）：为逆断层，长9.5km，走向340°，倾向60°70°，倾角45°，破碎带宽10余米，破坏了背斜构造的完整性，对矿区火山岩的分布起明显的抬升控制作用。李子树断层（F4）：为正断层，长12km，总体走向300°，倾向北东，倾角68°70°，是控制矿区火山岩分布的主要断层。2、其中外因包括：（1）地应力及地震地应力是控制边坡岩体节理裂隙发育及边坡岩体变形的重要因素之一。边坡内部的地应力主体是自重应力和构造应力。坡体中结构面的存在使边坡内部应力场分布变得复杂，在结构面周边会产生应力集中或应力阻滞现象

10、，当应力集中的量值超过岩体的强度时，边坡岩体便会发生破坏。地震一方面可以直接触发斜坡破坏失稳，另一方面还会使斜坡岩体的结构发生破坏或改变，形成特殊的边坡岩体结构。（2）水和气象条件。水是边坡的主要有害因素之一。水会增加岩体的容重、软化岩石、降低岩体的抗剪强度，以及产生对边坡的静水压与动水压作用，从而导致边坡滑动。露天矿滑坡，大多发生在雨后、雨季和解冻时期，或因疏干排水方法不当所致。因此水是边坡稳定性极为有害的因素。气象条件影响边坡稳定的方式多种多样，有风化作用、风蚀作用等。大平掌矿山由于地处东南亚季风区北缘，气候受季风进退制约，致使降雨季节分配不均匀，形成明显的旱、雨两季。510月为雨季，全年

11、四分之三的降雨日，87%的降雨量（年平均降雨量1534.7毫米，雨季降雨量1337.5毫米）都出现在这一时期，常有山洪瀑发，河水猛涨现象，11月翌年4月为旱季，晴朗少云，日照强烈，空气干燥，降水稀少。所以在每年雨季来临时，边坡稳定时刻威胁采场施工安全。(3) 开采的方法技术条件。在处理坡角、台阶组成形式及开采程序、爆破工艺等的问题上，开采的技术条件不同，对边坡稳定性会有很大影响。爆破、机械设备的震动都可能使边坡的饱水砂土液化，使台阶下沉进而变形、失稳。另外边坡坡角越小，边坡会越稳定。边坡上部若较缓下部却较陡会比边坡上部陡下部缓要稳定得多。（4）生产过程。生产过程中为避免爆破震动影响边坡稳定性，

12、应按照设计要求进行有效的支护、加固。此外，在遇到新的岩层时应根据新岩层性质重新进行力学的分析计算以校证边坡角。 （5 ）对边坡的维护管理。培训未做到位，作业人员认识不够、素质低下，随意破坏边坡，如在边坡堆积设备和废石，建造建筑物等，这些都会使边坡岩层滑动力加大：再或者对坡角进行挖掘，这样无疑使得抵抗滑动的阻力减小，造成边坡不稳定，导致边坡被破坏。边坡维护管理如果不到位，坡角和边坡被破坏，这些都会极大降低边坡稳定性。三、 边坡稳定防治措施随着露天矿开采深度的不断加大，边坡不稳定因素也将随之增加，如不采取有效的预防和治理措施，将会存在大规模破坏性的边坡滑体产生的危险，给矿山生产带来极大的

13、危害。根据以上部分影响边坡稳定性因素的分析，综合以下几点预防措施：1、建立边坡稳定技术研究课题与管理部门露天矿开采设计时所依据的地质资料,特别是与边坡稳定有关的工程地质及水文地质资料,由于受当时技术手段和技术条件的限制,不可能完全反映出矿山开采过程中的边坡情况。所以必须成立专门的研究与管理部门,采用最先进的技术研究手段对矿床的地质资料,尤其是与边坡稳定相关的工程地质和水文地质资料、岩体力学性质资料进行新的调查和研究。针对这个问题，大平掌矿山聘请昆明理工大学项目研究组对大平掌矿山露天开采高边坡参数优化及边坡稳定性研究，并提交了云南思茅山水铜业有限公司大平掌铜矿露天开采高边坡参数优化及边坡稳定性研

14、究的报告，课题组成员，经过近一年的努力，分别在岩体结构调查、矿岩体取样、室内力学参数试验、宏观岩体参数折减、岩体直剪试验、点荷载试验、声波测试、工程地质分区、边坡结构参数优化及边坡稳定性分析等方面，采用工程地质调查、试验研究、计算机模拟分析和理论分析等进行了大量的研究工作，得到如下结论：（1）岩体结构调查研究，是正确认识岩体结构特征、岩体结构类型、岩体宏观物理力学特性的基础，是在矿山安全正常生产期间，进行合理边坡结构参数的科学依据，同时也是在科学评价和研究中，进行工程岩体取样的基础工作。通过对大平掌铜矿矿岩的岩体结构调查，结合室内岩石力学试验结果，分别采用普氏分级法和RMR分级法，得出大平掌铜

15、矿矿体和围岩属于一般岩体。(2)采用室内试验、现场原位直剪试验、点荷载试验和声波测试，运用Hoek-Brown强度准则、最小二乘法、随机模糊法和可靠度法，对大平掌铜矿矿岩的物理力学性质进行研究，得出了矿岩岩体物理力学参数，为后续研究工作奠定了基础。(3)根据工程地质岩组特征和岩体物理力学参数，对大平掌铜矿采场边坡进行了工程地质分区工作，将大平掌铜矿采场边坡分成以下几个区域：土层、风化严重英安岩、表面风化英安岩、英安岩、流纹岩。(4)采用极限平衡和FLAC3D数值模拟软件对大平掌铜矿设计边坡的稳定性进行了分析研究，结果表明，设计终了边坡上部边坡角过大，不利于边坡稳定；下部边坡角偏于保守，有提高的

16、空间。(5)采用正交试验，对大平掌铜矿采场边坡结构参数进行了优化，优化结果为：最终边坡角：上部边坡17°，下部边坡42°。(6)基于人工神经网络和可拓理论对设计边坡和优化后的边坡稳定性进行了预测，预测结果表明，设计上部边坡处于失稳状态，下部边坡和优化后的边坡处于稳定状态。2、生产过程中采取积极有效的防范措施（1）认真贯彻“采剥并举，剥离先行”的方针。坚持从上到下逐层开采的原则。严格禁止一面坡的开采方式，按要求设置台阶高度和台阶坡面角。选择合理的边坡形式、开采顺序和推进方向；严禁“掏采”作业行为。 （2）注重边坡的检查和问题的处理工作。矿山的安全管理人员，特别是生产一线的安全

17、管理人员，应经常对采场进行全面检查，加强边坡的管理工作，当发现台阶坡面有裂隙，可能发生坍塌或大块浮石和松石时，必须立即撤出相关人员和设备，组织有经验的人员进行处理，处理时要制定可靠的安全措施。 （3）加强雨季边帮、采场的安全工作，每逢刮风下雨必须立即停止作业；下大雨或大爆破后会对边坡的稳定造成严重的危害，因此，要十分注意做好这一期间的安全检查和隐患的处理工作。 （4）精心组织，控制爆破。采用合理的爆破方法，控制爆破的药量和方向，其目的就是降低爆破作用对边破稳定性的影响，防止飞石伤人事故的发生。爆破作业完毕后，当班作业人员务必及时按由上到下的方法撬掉浮、松石，在未进行清理之前，其下方严禁从事任何

18、作业。 （5）做好疏干排水工作，提高边坡的稳定性。排除边坡范围内积水和地下水，是防治滑坡重要而有效的措施之一。其方法一般有两种：一是用排水沟截排地表水。二是用钻孔疏干降低边坡中地下水的水位等。这些方法，可避免对边坡岩体的有害作用，提高边坡的稳定性。 （6）经常对边坡进行清理和修整。清理边坡上的堆积物，修整已经崩塌的边坡，是维护边坡稳定不可缺少的工作，这一工作应经常进行，以避免崩塌或凹石的边坡中积水危害，减小滑坡体上的荷载。生产过程中要根据不同的情况，及时对边坡进行平整和刷帮，改变边坡的轮廓及形状，从而达到稳定边坡的效果。 （7）做好人工加固边坡工作。对节理、裂隙等容易引起坍塌或滑坡的地质构造发

19、育的露天矿山，采用人工加固边坡的方法，是一项提高边坡稳定的有效措施。其方法有：设置抗滑挡墙、抗滑桩、边坡注浆、安装瞄杆、喷射混凝土等。 （8）边坡监测与预报。对边坡岩体的变形和移动情况进行监测，是预报滑坡，减少事故不可忽视的工作。四、结语和建议通过对边坡稳定性影响因素分析，以及昆明理工大学提交的大平掌铜矿露天开采高边坡参数优化及边坡稳定性研究的报告内容，可大体掌握其内在变化原因，现实指导矿山采剥设计和安全生产工作。并提出以下几点建议：1、通常将距边坡20100m以内的爆破称为邻近边坡的爆破，对这类爆破必须采用控制爆破技术及减震技术，如预裂爆破、微差爆破。关于爆破中合理的布孔结构、合理的起爆顺序与微差时间间隔、最大单段药量及总装药量等参数有必要进行现场的爆破效果测试，以达到降低爆破震动强度、改善爆破动力效应、减小爆破对边坡强度损害的目的。2、岩体经水浸泡后，其物理力学参数降低，为此，要加强排水工作。3、采场边坡由于长期的风化作用会造成其边