引言

露天礦山終了邊坡的安全穩(wěn)定性，直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)安全，在設(shè)計階段確定終了邊坡的穩(wěn)定性尤為重要。文獻(xiàn)提出邊坡穩(wěn)定性評價精度概念，為長期以來困擾礦山邊坡設(shè)計安全系數(shù)取值問題提供了一種確定性解決方案。采用赤平投影法對礦山邊坡進(jìn)行理論分析，同時基于強(qiáng)度折減法對邊坡爆破工況以及地震+暴雨工況進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而確定礦山邊坡穩(wěn)定性，具有較好的實踐意義。將有限元法和極限平衡法結(jié)合綜合分析礦山邊坡穩(wěn)定性，綜合確定礦山邊坡的穩(wěn)定性，為礦山邊坡設(shè)計與穩(wěn)定性評估提供理論依據(jù)。文獻(xiàn)針對具體礦山，采用數(shù)字模擬技術(shù)對礦山邊坡參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確保礦山邊坡的安全穩(wěn)定性。

伴隨中國經(jīng)濟(jì)高速進(jìn)展，水泥行業(yè)發(fā)展迅速，進(jìn)而水泥原料露天礦山數(shù)量較多，該類礦山終了邊坡穩(wěn)定性需重點(diǎn)關(guān)注。本文結(jié)合某水泥原料露天礦山實例，在設(shè)計階段對礦山終了邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析計算，為露天礦山邊坡參數(shù)可靠性進(jìn)行驗證，確保礦山生產(chǎn)過程中的邊坡安全。

礦區(qū)地處江南，地形屬低山丘陵。區(qū)內(nèi)最高海拔標(biāo)高259.0m，最低海拔標(biāo)高14.80m，相對高差244.2m，地形坡度中等，且植被較發(fā)育，基巖基本裸露。

礦區(qū)內(nèi)出露地層有志留系下統(tǒng)高家邊組(S₁g)、中統(tǒng)墳頭組(S₂f)、上統(tǒng)茅山組(S₃m)、泥盆系上統(tǒng)五通組(D₃w)及第四系(Q)。

礦區(qū)內(nèi)礦體裸露，屬裸露型大氣降水補(bǔ)給、以基巖裂隙含水層為主的裂隙充水礦床。礦床最低開采標(biāo)高+30m，位于當(dāng)?shù)嘏潘鶞?zhǔn)面以上。礦區(qū)附近未有大的地表水體分布，主要含水巖組富水性弱，地下水補(bǔ)給條件好，第四系主要分布于礦區(qū)邊緣。

礦區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙較不發(fā)育，主要礦層及頂?shù)装鍘r體質(zhì)量良好。礦坑開采最終邊坡坡高較大，對礦床開采有一定影響。礦床工程地質(zhì)類型為半堅硬巖石組成的層狀礦床。礦區(qū)范圍內(nèi)山體在自然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，自然坡角為15°～55°。礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境良好，周邊植被覆蓋率高，遠(yuǎn)離居民區(qū)，采礦噪音對附近居民生活影響不大，無地表水體。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范劃分，本礦床水文地質(zhì)條件簡單，工程地質(zhì)條件簡單一中等復(fù)雜，環(huán)境地質(zhì)條件簡單。本礦床開采技術(shù)條件類型以工程地質(zhì)問題為主的礦床，歸類為Ⅱ-2。

2.1 采場總平面

礦山開采完畢后，礦區(qū)將形成東西長約1110m，南北寬約600m，深約20m，底部面積約29.5ha的采坑，礦山采掘終了情況如圖1所示。

2.2 采場邊坡設(shè)計參數(shù)

根據(jù)礦體賦存條件、地形地貌及目前礦山現(xiàn)狀，本次設(shè)計采用露天開采方式，選用自上而下分臺階開采的采礦方法，此采礦方法技術(shù)成熟，在多個礦山得到應(yīng)用。

根據(jù)《水泥原料礦山工程設(shè)計規(guī)范》，本礦山臺階高度10m，安全平臺寬4m，清掃平臺寬8m，安全平臺和清掃平臺間隔設(shè)置。終了臺階坡面角60°，最小工作平臺寬度為45m。

根據(jù)礦山開采終了情況，礦山設(shè)計范圍內(nèi)最低開采標(biāo)高為為+30m，露天采場最終邊坡最高開采標(biāo)高為+225m，終了邊坡最大高差195m；南側(cè)邊坡高度較小，最終邊坡角為49.02°，北、東、西三側(cè)最終邊坡角均小于39°。

2.3 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面(巖層層面、節(jié)理裂隙面)與邊坡的關(guān)系，可將礦區(qū)的邊坡類型劃分為如下三類：

(1)順向邊坡：位于礦區(qū)南側(cè)，位于S₂f1地層中。其走向、傾向與巖層產(chǎn)狀相同，巖層傾角一般在55°～67°左右，局部大于55°，設(shè)計終了邊坡角不超過50°，小于55°，未形成楔形下滑體，邊坡高度在25m以下，屬穩(wěn)定型邊坡。

(2)反向邊坡：位于礦區(qū)北側(cè)，其設(shè)計終了邊坡角為39．63。，邊坡傾向與巖層傾向相反，為反向坡，邊坡高度一般在145m以下，屬穩(wěn)定型邊坡。

(3)走向邊坡(切層邊坡)：位于礦區(qū)東側(cè)和西側(cè)，本次設(shè)計的東、西側(cè)設(shè)計終了邊坡角分別為38.92、39.31°，均小于41°，巖石半堅硬一堅硬的礦石，邊坡高度一般在190m以下，屬穩(wěn)定型邊坡。

2.4 邊坡穩(wěn)定性計算典型剖面

根據(jù)礦區(qū)工程地質(zhì)巖組特征、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)特征，邊坡水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件及潛在破壞模式，并考慮采場不同部位的采礦工藝要求、邊坡幾何要素等因素，按其相似性與差異性，選取了4個典型剖面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算。計算剖面相關(guān)參數(shù)見表2，A、B、C、D剖面、剖面平面圖見圖2。

2.5 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)

根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB51016-2014)，本次邊坡工程安全等級Ⅱ級，設(shè)計允許安全系數(shù)見表3。

本次邊坡穩(wěn)定性計算一方面參考《礦資源儲量核實報告》中提供數(shù)值，另一方面參考類比《巖土工程實用手冊》及《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB51016-2014)，根據(jù)《現(xiàn)代采礦手冊》(上冊)中5.1.4.3節(jié)表5-19：砂巖內(nèi)摩擦角一般在35°～50°，內(nèi)聚力一般在8～40kPa。因此本次選取邊坡巖石的物理力學(xué)參數(shù)見表4。

2.6 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

本次穩(wěn)定性計算軟件采用的是加拿大D.G.Fredlund于1977年創(chuàng)立的GEO-SLOPE公司開發(fā)的GeoStudio巖土工程系列軟件，該公司已成為全球最著名的巖土軟件開發(fā)公司之一，用戶覆蓋全球100 多個國家。GeoStudio系列軟件是一套專業(yè)、高效而且功能強(qiáng)大的適用于巖土工程和巖土環(huán)境模擬計算的仿真軟件。計算結(jié)果見表5。

據(jù)表5分析計算結(jié)果表明，該采場四個剖面整體邊坡安全穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)計選取得邊坡參數(shù)是合理可靠的。

本文以某水泥原料露天礦山為例進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算分析，依據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB51016-2014)允許安全系數(shù)要求，對四個代表性剖面利用國際通用的大型計算軟件Geostudio巖土工程系列軟件，導(dǎo)人相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過分析計算得到采場總體邊坡穩(wěn)定性最小安全系數(shù)，從而驗證設(shè)計選取的各邊坡參數(shù)的合理性，該計算分析方法對礦山設(shè)計階段確定礦山終了邊坡的的穩(wěn)定性具有很強(qiáng)的理論指導(dǎo)意義。

作者：昊長振，吳少龍

來源：《安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責(zé)任公司》

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