技术 | 矿山最终边坡稳定性预测分析与安全措施研究

非煤矿山露天开采一定期限后形成的高陡边坡，对矿山的安全生产产生了极大的安全隐患，是影响矿山员工安全的最重大安全因素之一，所以对露天矿山最终边坡进行稳定性预测分析并提出切实可行的防治安全措施十分必要。

目前国内外许多专家学者对露天矿山最终边坡稳定性进行了大量研究，岩土工程系列软件，对某水泥原料露天矿山进行边坡稳定性计算分析，对终了边坡参数选取的合理性进行验证；极限平衡分析软件计算了边坡的安全系数；运用毕肖普法和Spencer法同时结合Geo-slope软件和Stab软件对矿山边坡进行了稳定性分析；采用赤平投影法对边坡楔形破坏模式进行定性分析，同时利用极限平衡法对边坡稳定性进行定量分析；采用有限差分法FLAC2D岩土边坡分析软件建立边坡模型对其各个帮的边坡进行稳定性计算分析；基于安太堡矿过背斜区期末的地质构造、排土现状和岩土物理力学性质，采用极限平衡法对背斜区内排土场边坡进行了边坡稳定性分析；采用定性和定量计算分析岩质边坡稳定性；对某露天矿开采过程中边坡的稳定性问题进行分析处理，并通过数值模拟软件对比利用削坡减载技术治理前后的边坡稳定性系数；基于极限平衡法，采用Slide数值分析软件，分别计算不同工况下的排土场边坡安全系数，并以排土场最小边坡安全系数为标准，对不同工况下的计算结果进行评价与分析；探索矿边坡稳定性分析方法的选择以及应用；根据赤平投影及实体比例投影对云南某露天锌钢矿边坡进行了稳定性分析和运动学分析。

本文通过收集相关资料，进行现场踏勘，实地调查了矿山边坡现状情况，采用赤平投影方法和极限平衡法对贵州某水泥有限公司水泥用石灰岩矿最终边坡进行定性评价和预测分析，同时就边坡防治提出切实可行的安全措施。

2.1 矿山现有工程布局概况

矿山现为生产矿山，矿山总平面布置主要为露天采场、运矿道路，该矿区没有设置排土场。

2.2 设计工程布局

（1）矿山露天采场。矿区位于丘陵地貌，总体呈南北向展布，南北长约262m，东西宽约125m，最高海拔标高1684.00m，面积约0.1559km2，最低海拔标高1609.00m，相对高差75m。为山坡型露天开采，最低开采标高+1615m，矿山台阶高度为10m，安全平台宽度4m，清扫平台宽度6m，每2个安全平台设置一个清扫平台。台阶坡面角70°，采场最终边坡角53°。

本矿区最终边坡要素参数确定见表1。

（2）矿山道路。矿区内部运矿道路为简易公路和采场斜坡道，矿区外部运输为当地乡村公路，安排适当人力和财力进行洒水降尘和路面维护。

（3）其他辅助设备。矿山其它辅助设施如机修房、设备仓库、加油站等布置在办公生活区附近，便于机械的维修。

（4）开拓运输方案。本矿山已生产多年，现有公路一汽车开拓运输系统已相当完善，此次预测

分析是针对原露天矿体延伸开采，因此，矿山仍采用公路开拓-汽车运输方式。根据矿山的年生产能力、选用的运输设备及道路的行车密度，设计道路等级为二级，泥结碎石路面。公路设计纵坡不大于8%，最小转弯半径10m，双车道，路面宽度为5m，路肩宽度1m。汽车拐弯处设置不小于60m的缓坡段，道路施工及维护应根据矿山二级道路标准进行施工及维护。

（5）排土场。因矿山采出的覆盖层剥离物可作为水泥黏土质原料，而夹石层可与矿石进行搭配使用，可搭配使用的夹石堆放至临时堆场内，故矿山未设置排土场。

2.3 开采方式及采矿方法

（1）开采方式。设计采用“自上而下分台阶开采”的露天开采方式。

（2）采矿方法。采用自上而下的分台阶中深孔爆破机械铲装的开采方法。台阶高度为10m，台阶坡面角65°，安全平台宽度为5m，最低开采标高为+1615m。终了台阶规划：共形成+1615、+1625、+1635、+1645、+1655、+1665、+1675等7个台阶。其中安全平台标高:+1615m、+1625m、+1635m、+1645m、+1655m、+1665m、+1675m。

3.1 最终边坡分区

采场最终边坡分为四个工程分区:北区、东区、南区、西区，主要位于现状分区的一～三区内。

北区位于矿区北侧，北西侧地层产状：30°~31°∠13°~19°，边坡倾向180°；倾角39° -73°；反向坡。

东区位于矿区东侧，岩层产状：94°~100°∠4°~15°，边坡倾向200°~360°，倾角47°~72°；切向坡。 

南区位于矿区南侧，岩层产状：10°~ 55°∠20°~33°；边坡倾向0°，倾角37°~58°；顺向坡或近顺向坡。

西区位于矿区西侧，岩层产状：10°~55°∠20°~33°；边坡倾向90°，倾角37°~58°；顺向坡或近顺向坡。

3.2 最终边坡赤平投影

在露天采场边坡现状的基础上，根据边坡现状地质条件，结合最终边坡的产状，利用赤平投影方法进行最终边坡稳定性的预测分析，对最终边坡的稳定性及最终台阶边坡作出定性分析。

最终台阶边坡结构面主要为岩层和节理，组成边坡的岩石均为碳酸盐类，以灰岩为主，属坚硬岩体。

坡面与J3的交线:211°∠50°；对边坡稳定不利。如图1，节理J3与坡面相交会产生切割体，其与坡向夹角为31°，与坡面夹角4°，切割体下滑力较小，存在崩塌的可能性小。预测北区最终台阶边坡稳定。

坡面与J1的交线：294°∠43°、坡面与J4的交线：240°∠46°；对边坡稳定不利。如图2，坡面与节理J1相交、坡面与J4相交会产生切割体，其与坡向夹角为24°、30°，倾角43°、46°，与坡面的夹角1°、3°，均小于15°，属稳定类型；预测东区最终台阶边坡稳定。

坡面与J1的交线:55°∠52°、层面与J4的交线：34°∠13°；对边坡稳定不利。如图3，层面与节理J4相交会产生切割体，其与坡向夹角为7°，倾角13°，小于15°，属稳定类型；坡面与J1相交会产生切割体，其与坡向夹角为14°，倾角52°，与坡面夹角为1°，切割体下滑力较小，存在崩塌的可能性小。预测南区最终台阶边坡稳定。

坡面与J1的交线:55°∠52°、层面与J1的交线:87°∠7°；对边坡稳定不利。如图4、见表2，层面与节理J1相交会产生切割体，其与坡向夹角为15°，倾角7°，小于15°，属稳定类型；坡面与J1相交会产生切割体，其与坡向夹角为17°，倾角52°，与坡面夹角为1°，切割体下滑力较小，存在崩塌的可能性小。预测西区最终台阶边坡稳定。

综上所述，矿区最终台阶边坡稳定。由于矿区边坡存在不利于边坡稳定的结构面及其组合，在雨季期间易引发和加剧地质灾害的发生。若采场不按照安全设施设计的坡率、台阶高度限制及安全平台宽度设置来开采或乱开乱挖，发生岩体崩塌/滑坡的可能性较大，预测该采场岩质边坡发生岩体崩塌/滑坡的可能性中等，对坡下的作业人员及车辆机械构成较大的威胁，预测其危害程度中等，危险性中等。建议按照安全设施设计设置参数进行矿山开采，并在开采过程中实时排查矿山边坡松散岩体对其及时清除。重点对西区边坡进行监测，开采过程中可根据岩（矿）石裂隙产状实际情况采取稳定坡率法对高陡边坡进行处置或减小台阶坡角等方法等防治措施。

4.1 剥离台阶和工作台阶参数严格按设计要求进行

矿山今后生产过程中，结束一个水平台阶开采时，应按设计要求检查台阶高度和坡面角；临近最终边坡的采掘作业，必须按设计的宽度，预留安全平台和清扫平台，保持阶段坡面角，不得超挖坡底。岩层破碎带或稳定性差的岩层应采取支护措施。

4.2 加强边坡爆破安全管理

在最终边坡附近，爆破必须采用控制或减震措施，严格控制一次爆破的炸药量，靠帮边坡质点振动速度应小于24cm/s。

4.3 加强作业现场管控

如果遇到可能滑坡坍塌区域，必须坚持“先排险后作业”，不能立即处理的，应划定危险区、设立警示标志，撤出相关人员，待制定出安全可行的施工方案后再采取措施。

4.4 做好边坡维护和隐患排查

边坡安全管理小组应切实负起责任来，要定期定时加强安全检查与观测，专人负责，并建立技术档案，加强边坡的监控和维护管理工作。对采场工作坡面的检查应每月检查一次，不稳定区域在暴雨后应及时检查，发现异常应立即处理。

4.5 完善特殊天气防治措施

矿区存在强降雨天气，应及时做好强降雨可能带来的各种地质灾害预防措施，对各种构建筑及时修复和加固，并通知场内人员做好各种准备及应急工作。

4.6 做好边坡稳定的监测工作

当采场边坡形成最终边坡时，应根据最终边坡的稳定类型、分区特点确定各区监测级别。对存在不稳定的最终边坡应长期监测，发现问题及时处理。在建立健全一系列的边坡管理和检查制度的情况下，可有效地减少边坡的稳定性对安全生产可能构成的隐患。

矿山在今后的生产过程中，除了严格按设计规定的各项参数进行开采外，还应加强边坡管理和制定边坡安全防范措施和事故应急预案，认真贯彻落实设计和安全预评价报告提出的各项安全措施，确保采场边坡的稳定。

(1)采场的边坡危害等级为Ⅰ级，采场边坡安全等级为Ⅱ级；

(2)采场现状岩质边坡稳定；

(3)采场南侧为顺向坡，后期存在边坡失稳的隐患；

(4)通过对现状原地形边坡和现状采场边坡进行削坡减载，增加边坡的稳定性，保障矿山的安全生产；

(5)本研究对设计的最终边坡进行了预测分析，东、南、西、北四个区最终台阶边坡趋于稳定；

(6)预测该采场终了岩质边坡发生岩体崩塌、滑坡的可能性中等，对坡下的作业人员及车辆机械构成较大的威胁，预测其危害程度中等，危险性中等。

作者：席政1，席德美2，席燕3，湛娇4

所属：1毕节市应急管理服务中心；2盘州市水务局；3湖北省华网电力工程有限公司贵州分公司；4赫章县第二中学

来源：《水泥工程》

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