露天矿开采中边坡的稳定性研究

露天矿开采中边坡的稳定性研究

胡宇

中铁十九局集团矿业投资有限公司 北京 100000

摘要：近年来，科学技术的发展迅速，我国的采矿工程建设的发展也有了相应的进步。露天矿的开采设计工作中最为关键的环节就是边坡的设计工作，其中露天边坡角的择取工作更是重点工作中的关键内容。如果边坡角太大便会极易出现边坡失稳等不良情况；而如果边坡角太小的话，虽说能够充分确保边坡的稳固性，但是会大程度降低可露天开采资源的面积，不利于矿产企业的经济效益。在地下开采转变成露天开采的过程中，极易受到多方面因素的干扰，在露天采掘环境中通常会潜存着大量形状各异、成因不详的采空区域。地下改露天采掘属于非常繁杂且多变的工作项目，在各种因素共同影响的情况下，露天开采边坡的位移改变与应力情况和单一情况下的采掘工作相比，属于更为复杂的体系。

关键词：露天矿开采；边坡；稳定性研究

引言

在露天矿山生产中，露天采场开采境界参数的合理选择对矿山企业的安全具有重要意义。因此，选择经济合理的剥采比尤为重要。在露天开采境界众多参数中，最终边坡角的影响最直接，而最终边坡角对边坡最大影响是其安全稳定性。因此，判断边坡参数设计是否合理的重要手段是进行边坡稳定性分析，优选出既能保证边坡安全又能取得更多经济效益的露天边坡参数。

1重要性

边坡体的变形以及稳定状况是实际施工过程中的重要监测指标，其对于工程的安全有着极其重要的作用，因此影响边坡稳定状况的因素分析则成了相关研究领域中不容忽视的课题。经相关学者所做的研究发现：内摩擦角、黏聚力、台阶高度、台阶宽度、坡度、卸载平台宽度、原地基处理是否合格、填筑体的压实程度、地面水位等对边坡稳定状况均存在着不同程度的影响，其中原地基处理是否合格更是直接对边坡稳定状况起着决定性的作用，其余因素也对边坡稳定状况有着显著影响。因此，施工过程中以及竣工后都应该加强对边坡土体竖向以及水平向位移的监测，以便及时采取相应措施以规避严重安全事故的发生。

2露天采场边坡稳定性分析

2.1边坡破坏类型

露天矿边坡稳定性分析是一项复杂的工程，其影响因素复杂多变。不同矿山具有不同的工程地质条件，露天矿山边坡工程具有明显的时效性、变形性和动态变化特征。因此，露天矿边坡明显不同于其他工程地质边坡。其岩质边坡是一个复杂的地质组合，导致其变形破坏的因素和模式也是复杂多样的。然而，一般来说，工程实践中最常见的边坡破坏类型主要有平面滑动、圆弧滑动、楔体破坏、倾倒破坏和屈曲破坏。由于露天矿边坡岩体结构相对完整，在数值模拟过程中边坡破坏模式主要为圆弧滑动。

2.2边坡稳定性分析方法

随着计算机技术的迅猛发展，边坡稳定性分析方法亦呈现出多样性，归结起来其计算原理都是一致的。目前，应用较多的计算方法主要包括：强度折减法、极限平衡法、毕肖普法、余推力法、有限元法及非连续介质力学等。采用极限平衡法对露天矿边坡进行稳定性分析，以安全系数作为评价指标。计算时采用边坡稳定性分析软件Geo-Slope进行计算，根据边坡各岩层的不同内摩擦角与黏聚力，模拟边坡潜在滑移面在不同条件下的破坏过程，计算出边坡稳定性安全系数。

3优化措施分析

3.1边坡稳定性分析

影响边坡稳固度的因素是多种多样的，例如，矿山地质问题、水文条件、边坡形状、采掘工艺、经济情况等等。各种因素间都有密不可分的联系性，互相影响互相作用。以下主要总结了三种分析边坡稳固性的方式：第一，弹塑性力学核算方式。经过对微元的应力进行核算来评判微元是不是能够进行拉伸、屈服、弯折和断裂等，通过这种方式来评判是不是能够使材料的部分或者全部进行损坏。第二，极射赤平投影辨识方式。之所以会出现不同类型坍塌情况，重点是因为地质间断面和采掘面间存在差异性的几何关联导致的，这类断面几何体可以用极射赤平投影方式来展现。现阶段，应用最为普遍的极射赤平投影包括：施密特网以及吴尔福网。第三，刚体极限平衡分析方式。一帮能够假设成任何一个滑移面，在滑移面中的屈服部分所遭遇的损坏无法满足所有局部，但是能够满足整体性。是不是会出现滑移问题，重点是滑体的滑动强度、滑动速度和滑床决定的。

3.2防治措施

第一，治理水害。地表排水方式一般会在边坡的坡面处开设适用的排水沟槽，另外针对裂缝来讲，可实施深度充填处理，从而达成密封的目的。第二，优化生产。对于开采期间造成的爆破震荡情况，一般可优化爆破的方法，对爆破数值进行持续调节，在缩减炸药的适用量期间可利用预裂爆破法和缓冲爆破法等方式，以充分降低对于边坡的损坏程度。第三，其他方案。一般来讲，露天煤矿边坡要比煤炭裸露在环境中的时间长很多，所以应该利用一些方法对边坡煤炭进行遮盖，以免产生煤炭自燃问题，进而降低了边坡的稳固度。在工作环境良好的状态下，可利用靠帮内排的方法实施处理工作，进而充分降低边坡外露的时长，最终有效提升边坡的稳固性。第四，露天开采场地边坡设置参数的推荐。露天采掘最后的边坡角度、台阶边坡角度和边坡采掘各个部分的岩石情况，构造面生产情况、综合状态和边坡之间的空间联系、采掘扰动详情与边坡出现时长等具有较大关联性，当前计划的边坡角主要是按照现在项目地质情况与煤矿采掘详情明确的，在后续生产过程中，煤矿企业可以综合深处暴露的岩石地质详情，在存有不稳固因素的区域对边坡进行放缓设置，确保采掘工作的安全性。

3.3边坡监测手段

第一，对边坡应力进行监测。现阶段，通常会将监测设备安置在锚杆上，由此使用的监测方式主要有三种，包括：（1）锚杆尾部监测法。（2）锚杆杆体串接振弦监测法。（3）锚杆表层贴片监测法。用到的传感器种类也很多，包括：机械方式、电气方式、广弹方式和液压方式等。第二，渗流监测。在实际工作中总结导致边坡垮塌的因素非常多，而水和边坡角度的设置是其中最大的干扰因素，所以需要对自然降水和地下水开展充分的监督控制工作。就地下水渗漏的问题来讲，孔隙水压力对边坡的稳固度具有关键的影响力，现阶段，国内在对裂痕水压和孔隙水进行监控时均是采用水压计来进行的。原地基处理是否合格直接决定着边坡是否稳定，其他因素也对边坡稳定状况有显著影响。在实际施工过程中，要做好对边坡体竖向以及水平向位移的实时监测，以便及时采取相应措施进行处理以免产生安全事故。

结语

（1）在矿山正常生产过程中，应加强岩石力学试验、工程地质调查、水文地质调查等相关研究工作；（2）加强边坡稳定性管理措施，对有裂缝或错位的边坡岩体及时加固，并根据现场实际情况采取预应力锚索锚固、钢筋网+喷射混凝土或土工格栅等支护措施；同时，建议矿山每3~5年进行一次专门的边坡应力应变监测，确保矿山安全生产；（3）为减少爆破震动对露天边坡稳定性的影响，露天台阶爆破实施过程中采用预裂爆破技术，减少爆破震动对边坡的扰动和破坏；（4）加强边坡防排水处理措施，做好台阶边坡的截洪沟和排水沟，及时排除空气、降水和地下水，确保边坡稳定。

参考文献

[1]谷岩.基于Geo-Geo-Slope露天边坡稳定性分析及治理方案选择[J].采矿技术,2016,16(4):22−23.

[2]姜群,张钦礼,王浩,等.事故树分析法在露天边坡稳定性分析中的应用[J].黄金,2018,39(6):69−72.

[3]邓骐宁.高寒地区露天边坡稳定性分析及结构参数优化研究[D].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司,2016.

[4]毛肖杰.基于Geo-Studio的某露天矿风化砂质边坡稳定性分析[D].昆明:昆明理工大学,2015.

[5]邹玉球.采场露天边坡稳定性分析及参数优化[J].中国矿山工程,2009(02):18−22.