露天边坡失稳原因分析及预防与治理

2011-11-15吴伟

采矿技术 2011年5期

关键词：花岗闪岩组铜绿

吴伟

(大冶有色金属公司铜绿山矿技术科, 湖北大冶市 435101)

露天边坡失稳原因分析及预防与治理

吴伟

(大冶有色金属公司铜绿山矿技术科, 湖北大冶市 435101)

铜绿山矿露天开采时,边坡局部地段岩体节理、裂隙发育,岩性较差,随着开采的延深,边坡暴露面积增大,暴露时间延长,所造成的边坡开裂、塌陷及大面积滑坡,威胁着作业人员及施工设备的安全。为确保露天矿安全生产,把事故隐患消灭在萌芽状态中,根据多年来露天矿山生产的实际经验,通过对露天边坡的失稳原因进行分析,提出了加强边坡位移监测、临近边坡采用预裂爆破、注浆处理边坡溶洞和裂隙带、削坡减载和喷锚网联合支护等保护边坡、预防治理边坡失稳的技术措施,为矿山实现安全生产目标发挥了积极的作用。

露天边坡;滑坡治理;岩体强度;结构面;节理裂隙

0 前言

铜绿山矿区出露的地层以下三迭统大冶群碳酸盐类岩层为主,其次为下白垩统大寺组岩层及广泛分布的第四系地层;矿区岩浆岩分布广泛,主要为燕山早期侵入的花岗闪长斑岩。区内有北西西向和北北东向两组褶皱构造。铜绿山铜铁矿是大冶有色金属公司的主要骨干矿山,采用地下、露天联合开采,地下开采对象是Ⅲ、Ⅳ号矿体;露天以第三勘探线南、北划分为南露天和北露天开采。

北露天设计开采对象为Ⅲ号矿体,设计开采标高为 -152 m。目前,-40 m及以上平台已基本推进到设计边界,-52 m平台北部已进入北扩范围,正在边剥离,边采矿;-64 m平台已开沟到位。坑底标高为 -70 m,距设计开采深度还差 82 m。

南露天设计开采对象为Ⅰ、Ⅱ、Ⅺ号矿体,采至标高 -195 m水平时,作为北露天内部排土场回填。回填工作由北向南呈扇形向前推进,为确保露天境界内排水和井下安全生产,南露天坑东帮目前仍保留着一条由 -40～-88 m的安全运输通道以及 -88 m平台南端原有的排水系统和设施,以排出未回填部分 (16线以南)水位超过 -100 m标高的坑内积水。

随着北坑采至 -70 m标高,边坡暴露面积增大,以及南坑东帮 -88 m以上边坡暴露时间延长,边坡岩体强度降低,破坏增加,稳定性逐渐下降,时常出现大块滚落、坍塌、甚至大面积滑坡等地压活动,严重地威胁着平台作业人员和施工设备的安全,对边坡失稳原因进行系统分析,提出并采取与之相适应的边坡保护和预防治理措施,成为矿山亟待解决的课题。

1 露天边坡工程地质调查及灾害情况

露天边坡通常由安全平台、清扫平台、运输平台及相应的坡面组成,铜绿山矿边坡目前对露天采场安全生产威胁最大的是南北坑的东帮边坡及北坑的西帮边坡。南北坑的东帮边坡岩体分为 7组:强风化花岗闪长斑岩岩组、中风化花岗闪长斑岩岩组、新鲜花岗闪长斑岩岩组、磁铁矿矿石岩组、大理岩岩组、矽卡岩岩组、斜长石岩岩组。北坑的西帮边坡岩体分为 5组:中风化花岗闪长斑岩岩组、新鲜花岗闪长斑岩岩组、大理岩岩组、矽卡岩岩组、斜长石岩岩组。矿区结构面产状统计结果见表1、结构面间距统计结果见表2、主要岩石力学参数见表3。

表1 结构面产状统计结果

表2 结构面间距统计

表3 岩石抗压、抗拉强度统计

由于两帮风化岩体分布较广,节理、裂隙较为发育,加上爆破震动,大气降水影响,边坡失稳时有发生。1999年在南坑东帮 16～20线发生大面积滑坡;2002年 7月～2003年 3月南坑东帮 8～12线出现数次垮塌堵塞 -88 m运输通道;2003年 4月南坑先后发生了两次边坡滚落大块砸铲的重大设备事故;2005年北坑东帮 3～7线发生坍塌,坍塌体积约1000 m3左右;2007年北坑西帮 -28～-40 m永久性公路上方一巨形岩块 (重约 400 t)开裂,威胁着来往施工人员和大车安全 (该大块后爆破处理);2010年 8月南坑东帮 12～16线再次发生大面积滑坡,滑坡体积达 5000 m3,致使东帮 -40～-88 m安全运输通道被堵。以上种种事例说明,边坡失稳将给生产和安全带来严重影响。

2 露天边坡失稳原因分析

2.1 岩性及结构面

铜绿山矿露天边坡存在有强风化花岗闪长斑岩、中风化花岗闪长斑岩、新鲜花岗闪长斑岩、磁铁矿矿石、大理岩、矽卡岩、斜长石岩。综合表1、表2、表3,采用多种岩体分类评价方法进行分析,所得结果基本一致:铜绿山矿边坡各岩组均属于Ⅲ类或Ⅳ类岩体,岩体质量普遍较差,其中磁铁矿矿石岩石致密、坚硬,节理、裂隙不发育,此种岩石虽稳固性较好,但其大多存在于矿体之中,边坡分布较少;大理岩虽不易风化,岩石较坚硬 (岩石坚固性系数 f=10～12),但节理、裂隙较发育,因此稳固性较差;花岗闪长斑岩、矽卡岩、斜长石岩易风化,岩石松软 (岩石坚固性系数 f≤3)。上述岩石相互交错,接触分布整个矿区,岩体存在的断层破碎带及接触破碎带等结构面都是弱面,比较破碎,易风化。结构面的存在,为地表水的渗入提供了良好的通道,地表水渗入的结果,使岩石和结构面的强度进一步降低。

2.2 大气降水

大气降水会沿裂隙下渗,节理裂隙中的岩石颗粒和岩体可溶解成份会被水带走,使岩石强度降低,也可从地表出入沟沿运输坑线形成汇水冲刷边坡,剥蚀,搬运风化边坡岩层,使风化岩接触的大理岩相互作用的结构力遭到破坏,因此,当地表水和结构面联系在一起时,对边坡失稳的威胁似乎更大。

2.3 爆破震动及风化作用

露天采场内爆破震动所产生的地震波通过边坡岩体时,给岩性较差岩体的潜在破坏面以附加的振动力,使原生结构面和构造结构面的规模不断增大,并产生次生结构面 (爆破裂隙)。长期爆破震动的影响,会使岩体的表面脱落,进而影响露天边坡的稳定性。

边坡暴露面经过长时间的风化作用,易产生风化裂隙等次生结构面,进一步降低岩石自身强度,从而影响露天边坡的稳定性。

3 边坡灾害的预防与治理

(1)人工巡视观测,通过日常人工巡视检查,从整体上了解和认识平台及周边岩石的形态变化情况,寻找坡面开裂、变形、沉降等异常现象。

(2)裂缝监测,用固定标志在裂缝两侧作标记,测量裂缝或标记间的宽度,获取裂缝大小变化及速率变化的数据。

(3)加强边坡位移监测,扩大监测范围,增加监测网点,建立长期监测制度,通过监测,及时了解平台及周边围岩的水平和垂直位移变化情况。

(4)露天采场永久性运输坑线都是单壁沟,在单壁沟坡底从出入沟自下而上砌截排水沟,将地表水分别截排至北坑 -28,-40 m水仓和南坑坑底,再由 -28,-40 m水仓和南坑坑底的排水设备排出。而运输坑线单壁沟的另一侧则砌宽 1.5 m、高 1 m挡水墙,以削弱地表水对边坡岩体节理、裂隙的冲刷剥蚀。

(5)地表及边坡安全平台产生较大张开裂缝时,要及时进行必要的堵塞,深部采用砾石或矿石充填,裂隙口用粘土密封。

(6)采用大孔距、小抵抗线控制爆破技术和炮孔中间隔分段装药爆破,即炮孔上部和下部炸药中间用高度为 1.5～2 m的岩粉间隔,利用二次冲击波原理降低爆破震动。

(7)为保证露天边坡坡面平整和提高边坡的稳定性,对临近边坡的爆破要严加控制。控制爆破的方法有预裂爆破、光面爆破和缓冲爆破,从减弱大爆破冲击波对边坡面的破坏程度看,临近边坡的爆破应尽可能采用预裂爆破。

(8)采用注浆减沉技术,将具有一定强度的水泥砂浆 (水砂比为 1:1)注入溶洞和裂隙带,填充岩块孔隙和离层,消除或减缓岩块孔隙的压实和离层的闭合,防止地表岩层的移动和沉陷。通过注浆处理,增强地下松散岩体的密实性,改善因溶洞围岩的松动及垮落岩体的力学性态,对防止地表塌陷的蔓延、确保边坡稳定和露天矿的安全生产是十分有效而且必要的。

(9)削坡减载:适当削坡以减轻边坡的自重荷载,降低边坡角,防止风化岩石的剥落,预防滑坡的出现。对于风化、破碎不稳固的岩层,削坡后边坡角应不大于 40°,同时对已揭露的新岩层面采用喷锚和喷锚网联合支护,防止岩石进一步风化和渗水的侵蚀,实现露天边坡的长期稳固。