姑山铁矿边坡滑塌治理技术

骆 溶 苏家胜

(马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司)

姑山铁矿边坡滑塌治理技术

骆 溶 苏家胜

(马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司)

马钢姑山矿业公司露天采场开采过程中，北帮西部-46～-82 m段边坡局部发生变形及滑塌。分析该段边坡地质情况:-48 m以上边坡第四系主要为粉砂、细砂、卵砾石层、粉质黏土及互层的散体结构；-48 m以下至-82 m基岩边坡主要为安山岩、火山角砾岩及凝灰岩，风化强烈，碎裂结构，总体稳定性差。采取板锚联合支护技术，取得了较好的治理效果，确保了矿山安全采矿。

滑塌 重力挡墙 锚喷支护 边坡治理

随着开采深度的不断增加，姑山铁矿露天采场形成了诸多高陡边坡。-46 m平台沿走向有数道拉张裂缝，边坡滑塌使-35和-58 m台阶产生局部并段，威胁上部第四系边坡稳定，并导致边坡底部30万t铁矿石无法回采。露采即将结束，为充分利用露采境界外铁矿资源、维持矿山产能、增加矿石自给率，对-82～-130 m的富集矿体采用平硐方式开采，服务寿命超过露采9 a，可采地质储量400万t。-82 m平硐在滑塌部位以东30 m处，边坡的稳定与否直接影响其建设和生产。为此，根据边坡特点和岩石性质，采用板锚联合支护进行治理。

1 矿区地质条件

马钢姑山铁矿位于长江下游，芜湖盆地北部，矿区除大小姑山有基岩出露外(0.14 km2)，其余均为第四系覆盖，有水量丰富的砂砾卵石层，有难以疏干的粉质黏土与粉细砂互层；基岩工程地质条件差异性较大，有富水的黄马青砂页岩，强度较低的高岭土化闪长岩，水文、工程地质条件极其复杂。采场第四系边坡台阶坡面角35°，总体边坡角19°～21°，安全平台宽14 m；强风化基岩台阶坡面角45°，总体边坡角21°～30°；中风化程度以下基岩台阶边坡角50°，总体边坡角36°；基岩并段后安全平台宽12 m，未并段处安全平台宽6 m。为开采技术条件复杂矿床(Ⅲ-4)。

场区内地下水有孔隙水，裂隙水：①孔隙潜水赋存于粉质黏土与粉细砂互层，中细砂层，彼此水力联系密切，具有统一的浸润面;②孔隙承压水,赋存于砂砾卵石层、坡积层，水量丰富，水头高，渗透性好，补给充分;③基岩裂隙水分布差异性大，主要含水层为T2h砂页岩。

2 滑坡形成的原因分析

产生变形滑塌的坡段位于北帮边坡西段，高-42～-86 m，其中一个非并段台阶(-46～-58 m 台阶)和一个并段台阶(-58～-82 m),总高44 m，边坡角约40°。-48 m等高线大致为土体和岩体边坡的分界线，土体边坡总体坡角缓于30°，+8～-48 m坡体后缘采用垂直防渗帷幕对砂砾卵石层承压水进行了封堵，采场范围内坡体大部分不含水，但底脚约-42 m处有渗水，坡面采用块石及反滤层压坡，坡面平整顺直；-48 m以下为岩体边坡，主要为安山岩、火山角砾岩及凝灰岩，边坡类型为散体碎裂状结构，下部基岩为碎裂块状结构，凝灰岩地段主要为碎裂状结构；-58 m以上岩体强烈风化。受开采工艺及岩体破碎程度影响，坡面凹凸不平，总体坡角约52°。

根据现场调查及坡体结构类型分析，强风化及土体边坡易形成顺坡向类圆弧状滑移破坏；中风化及以下边坡易形成顺坡向较为顺直的折线形或平面形滑移破坏，局部可形成崩塌破坏。露天采场北部-46～-82 m局部边坡滑塌现状见图1。

分析坡体失稳变形产生的主要原因：①该处为裂隙较为发育的凝灰岩类，抗风化能力弱，强度较低，在较陡的坡体条件下易产生失稳；②自-58 m 以下部位为并段台阶，坡角达56°，在剥岩爆破时，岩体完整性受到破坏，岩体破碎，节理裂隙发育，稳定程度差；③-35 m台阶截水沟没能完全截住第四系潜水和大气降水，水经水沟底部渗入边坡裂隙内，下部岩体导水通道发育，地下水带走泥沙，软化岩体，降低其强度并发生变形；④采矿作业未采取控制爆破措施，一次药量过大，尤其是在靠帮作业过程中，临近边帮的爆破震动是导致边坡变形及各种走向裂缝形成的主要因素，甚至直接导致边坡产生滑塌破坏。

图1 姑山露天采场北部-46～-82 m局部边坡滑塌现状

3 滑坡稳定性分析

按照相关规范，根据边坡类型、边坡高度、边坡破坏后的严重程度，该边坡工程的安全等级划分为二级。按照边坡可能的破坏类型确定：第四系边坡及强风化岩体边坡(-58 m以上)类圆弧滑动安全系数为1.15；强风化—中风化岩体边坡(-58～-82 m)按折线形或近似平面型安全系数为1.15。边坡岩石性能参数见表1。

表1 边坡岩石力学参数

按照规范推荐，对-58～-82 m以上边坡采用不平衡推力传递法(式(1))进行边坡稳定性计算；对-58 m以上边坡采用瑞典圆弧法(式(2))进行边坡稳定性计算。

(1)

(2)

考虑地下水及震动影响,根据上述公式计算得到：Ⅰ-Ⅰ剖面，-58m以上边坡稳定性系数为0.906，-82m以上边坡为1.075；Ⅱ-Ⅱ剖面，-58m以上边坡稳定性系数为0.885，-82m以上边坡为1.062。均小于设计安全系数1.15，必须加固处理。稳定性计算剖面分布见图2。

图2 稳定性计算剖面分布

4 板锚联合治理

分析边坡现场地质特征及施工条件，采用板锚联合治理，即重力挡墙和锚喷联合。

4.1 重力式挡墙

对于-58 m以上西段第四系及强风化散体结构边坡，考虑采用占地较少的仰斜式，取挡墙高度10 m(含基础1 m)，埋深1.0 m，顶宽1.5 m，底宽3.5 m，墙背坡率1∶0.25，墙面坡率1∶0.48，墙体背后回填碎石滤水。墙体形成前预留排水孔和锚杆孔，墙体形成后，用锚杆将墙体固定于边坡。其中基础部分为钢筋混凝土，设间距1.25 m×1.25 m钢桩3排，钢桩孔径0.2 m，内放16型热轧工字钢，长6 m，伸入基础混凝土内1 m，5 m成孔并注入M25水泥砂浆。

挡墙铺设φ25 mm钢筋，延长挡墙横向钢筋，与锚杆、暗梁焊接。

4.2 锚 喷

锚杆前端焊有φ110 mm锚头，孔内注入M25砂浆或水灰比为0.45的水泥浆，水泥级别不低于42.5级。

喷射C20混凝土厚0.15 m，钢筋挂网：200 mm×200 mm，φ8 mmⅠ级钢筋；横、纵向2根φ16 mmⅡ级加强钢筋。挂网短筋：一般以锚杆为支撑点，无锚杆部位用φ22 mmⅡ级钢筋，长0.5～1 m，打入坡面。锚杆外端头弯90°，长100 mm，与纵横双向暗梁及网片焊牢。

4.3 治理效果

工程施工管理采用动态化设计、信息化施工的新型管理模式。在钻孔施工过程中，根据现场地质条件变化，机动调整孔深，保证钻孔穿透潜在滑移面后进入相对稳定基岩1 m。

根据滑坡产生的原因，本次治理主要采用锚杆喷射混凝土方法，-46～-58 m共设置5道锚杆，-58～-82 m共设置9道锚杆，锚杆长12～18 m，锚杆抗拔力设计值100～120 kN。单根锚杆抗拔试验3根，抗拔极限承载力大于100 kN，满足设计和验算要求，竣工验算结果：安全系数为1.211。治理前后对比见图3。

图3 边坡治理前、后对比

5 结语

(1)分析此次滑坡的原因：①岩体本身力学性质差，抗风化能力弱，长期暴露更加剧风化崩解速度；②剥岩爆破对岩体的直接破坏和其他部位爆破震动的影响，从而产生岩石破碎、节理裂隙加剧、导水通道发育；③地下水对上部第四系边坡的冲刷和对岩体的浸泡而产生软化，进一步降低了岩体力学性质。

(2)板锚联合措施治理边坡，使边坡各段的治理工程完整结合为一体，增加了边坡稳定性，减少了外界环境对边坡的毁坏。工程竣工以来，该边坡未发生任何变形等异常现象，保证了露采与平硐采矿的正常进行，证明该措施应用在不稳定高陡边坡治理中是可行的，保证了二期挂帮矿的安全、顺利开采。

(3)板锚联合措施治理边坡无需大型工程设备，对施工场地要求低。通过在岩石性质差且不稳定的高陡边坡治理工程中的成功实施，证明了该技术不仅能在露天矿山边坡治理中得到应用，在有潜在薄弱面的井下巷道变形和隧道加固工程治理中也可得到利用，在高速路、铁路、风景区、盘山公路和水库等工程中的复杂地段和地质灾害治理中同样可以推广应用。

2015-01-12)

骆 溶(1977—)，男，助理工程师，243000 安徽省马鞍山市当涂县龙山桥镇。