浅析大型露天矿山采场边坡安全分析与应对措施

何升云

（四川东方浩远矿山工程有限责任公司，四川 攀枝花 617000）

在矿山开挖中，边坡稳定性是保证露天矿采矿安全的基础，常见的采矿问题包括了自然因素，地质因素以及人物因素几个方面，通过及时分析矿山边坡的稳定性，按照极限值分析法，能够为提升矿山管理以及优化露天开采的稳定性奠定基础。本次研究针对攀西地区钒钛磁铁矿白草矿区露天矿山开挖进行研究分析，现将结果阐述分析如下。

1 白草矿区矿山开采环境分析

白草钒钛磁铁矿区是红格含钒钛磁铁矿层状基性～超基性岩体的一部分，它位于红格岩体的北东部，属岩浆重力结晶分异型的层状～似层状矿体，整个矿岩较为稳定，整个矿岩整体性高，岩石十分较坚固。

1.1 水文地质条件的分析

矿区位于分水岭地带，地势较高，总的地势是南东部高与北西部低，一般地形海拔高度1700m ～ 2500m，地形切割较强烈，地表水及地下水的自然排泄条件良好。矿区地下水含水层主要系风化裂隙含水层和构造裂隙含水层，两含水层均主要接受大气降水的补给，大气降水属于矿床的唯一补水环境，整个水文地质条件属于简单—中等类型。

矿体完全受层状基性～超基性岩体控制，属岩浆重力结晶分异型的层状～似层状矿体，其成岩成矿是一个连续的、不可分割的整体。矿体与含矿层和整个岩体的产状均向西倾斜，其产状基本一致，矿体的空间分布与岩体的分异现象密切相关，呈层状、似层状、透镜状，整个抗压抗剪的强度较大，且岩性的组合较简单，地质结构也简单可行，部分矿床存在弱夹层，断层穿过后，矿床边坡的稳定性有较大的影响。

1.2 采矿要素分析

白草矿区现有采场面积86810m 2 ，露天钒钛磁铁矿采矿场台阶高12m，清扫平台宽8m，安全平台宽6m，边坡角西45°，南北50°，阶段台阶坡面角60°～ 65°。

2 对于现有环境的边坡稳定性分析

攀西地区的钒钛磁铁矿矿山几乎均为露天采矿，因为采矿地区的不可选择性以及矿体的赋存空间限制以及地域特点，影响边坡稳定性的因素较多，主要可以分为自然因素，地质环境因素以及人为因素等几个方面，现将其研究分析如下。

2.1 自然因素

降水量对边坡的稳定性有直接干扰，因为降水量高的地方干旱地区的滑坡数量多，十分容易发生地质灾害等影响，且白草矿区区地域半干旱型的亚热带气候，年平均降水量878.1mm，全年降水量集中在夏季，且容易伴有暴雨。地质灾害也会直接干扰到边坡的稳定性，随着地壳运动，岩体也会发生对应的破碎和滑坡问题，在地下水的下渗推动下，也会因为地震增加了下滑力，让整个边坡产生强烈的滑动，结合国家地震局编制的地震区域划分，白草矿区采场位于VI-VII度区。基于降水量的前提下，采矿场的地形变化也会影响附近的水文布局，河流下切以及冲刷也会引起滑坡问题。

2.2 人为影响

人工开采的方式以及方法也会对矿产的开挖造成影响，矿山开挖中会形成边坡，这也会改善整个自然坡体的应力状态和地下水的流畅性，十分容易引发山体滑坡问题。且排土场的选址也会影响露天开采质量，距离设置不当，会增加下滑力，也会影响地下水发育，容易造成老地面整体或者局部滑动问题，造成直接的滑坡现象。植被破坏，爆破振动也会干扰露天矿产的边坡稳定性，这些客观的因素若没有及时制止，也会引发更多难以预料的矿体开采安全问题。

2.3 地质影响

针对矿产的特殊性质而言，影响其岩土性质以及稳定性的因素包罗了岩土的坚硬程度，抗风化能力以及岩石抗剪强度，透水性等因素，结合岩层的结构以及构造分析，边坡体的结构面，产状态以及块状结构，碎裂结构也会对整个矿山的边坡稳定性造成影响。因为地质结构的影响，会直接形成褶曲和断裂、节理裂隙发育等结构，也为岩体的自然滑动奠定了基础，随着地下水软化以及潜在滑动地层影响，会直接降低整个地质结构层的稳定性，最终影响整个边坡的稳定性，且有的边坡滑动带也会顺着断层以及错动带发育，造成让人无法预料的影响。

3 对于边坡管理的措施分析

结合采场边坡计算分析，按照白草矿区采场的边坡管理，应当从以下几个方面做好边坡管理。①采用合理的施工方法，可采用之上而下的分台阶开采方法，禁止采用一面墙式的开采或者是露天掏底开采。②预防水资源对周围环境的侵蚀，如修筑截、排水沟等方式来减少对软弱结构面的直接冲击，缓解局部破碎地段的影响，也可采用喷射混凝土护坡的方式，提升整个边坡的质量。③对于边坡上覆盖的松散岩石进行处理，若超过了2m要及时清理，或采用削坡45°的方式，更要禁止在整个露天采矿场的顶部边坡台阶堆积废石，废土。④若临近边坡的爆破处理，采用预裂控制爆破技术，合理控制整个爆破对边坡的影响，保证采场的稳定性。⑤建立有效的安全管理制度，通过建立合理有效的边坡长期定点观测处理，对于潜在的变形以及滑动地段处理，并设置专门的观测点进行定期观测，做好对应的记录管理。

4 数据检测模拟分析

本次研究针对白草矿区采场从2016年8月开始设置了21个监测点，因开采过程中造成6个点被破坏，现有效监测点15个所监测到的位移数据随开挖过程的变化曲线中可以看出，模型在刚开挖后位移有一个剧烈变化的过程，此时段对应的模型最大不平衡力也达到峰值。随后位移也逐渐趋于平缓，最终位移为两步骤开挖后的累积位移，说明整体模型达到了稳定平衡状态。但模型累积位移不大，均在厘米级，最大监测点累积位移为5.0cm左右，说明边坡开挖后未产生大规模滑移破坏。模型的最大主应力进行监测，选取模型的最大主应力（Smax）作为分析指标，从两步骤开挖方案模拟情况来看，模型整体的最大主应力（Smax）呈现逐渐增大的趋势，从一步骤开挖后的0.096MPa增大至二步骤开挖后的0.528MPa。受开采扰动的影响边坡开挖面附近形成了较大的集中应力，坡顶表现为拉应力，岩体承受了较大的拉力，坡脚表现为压应力，容易在该区域形成拉裂破坏区，实际生产中应引起足够的重视。选取模型的绝对位移（Disp）作为分析指标，从两步骤开挖方案模拟情况来看，开挖引起的岩体位移最大值主要集中在开挖区域的边坡坡顶和坡脚，边坡岩体的变形在坡顶和坡脚处位移最大，从坡面向坡内侧位移逐渐减小，但总体模型的位移值均较小。说明边坡开挖后未产生大规模滑移破坏。

以上研究可知，结合数据模拟技术研究的结果，表示经过边坡开挖设计处理后，整个边坡都能够在稳定状态下运行，虽然因为客观环境影响会导致边坡发生一定变化。但是因受到开挖扰动的影响，开挖区的坡顶、坡脚均存在应力集中的现象，且监测点发生的位移问题不明显。根据模拟结果分析，边坡实际情况可能比模拟结果更复杂。对此，对应的工作人员应当针对白草矿区的地理特征，优化边坡的监督管理，并做好边坡安全管理和保护，尽量减低爆破对边坡的扰动影响，并及时处理采场上部的陡岩、危岩，加强采场境界外的截、排水工作，必要时可在局部岩体破碎地段采取相应的加固方法，如锚固、注浆等，确保边坡稳定。

5 结语

综上所述，结合白草矿区采场的管理分析，该地段露天采矿边坡安全稳定因素主要有 ：水文（当地降雨量大，降水量会直接影响边坡稳定性）。岩土性质（岩石坚硬，也容易受到弱表土的影响。）构造环境（露天矿产属于顺坡向结构，部分边坡受影响严重）。结合当代地质环境影响，可以采用极限平衡法和强度折减法来计算白草矿区采场的边坡稳定性，以此来制定堆放材料的方法，保证整个矿山边坡的稳定性。对白草矿区的边坡管理建议采用综合性的开采技术，严格管理影响开采场内部的风险，做好疏水，排水管理，并合理分配材料堆放位置，减少边坡的 荷载影响，并控制爆破的振动，减少环境影响，最终加强边坡的检测技术，实现对整个边坡的管理。