某矿山终了边坡安全稳定性分析

贺　义　孙　鹏　郑伟强　王春华　罗宝金

(广东省冶金建筑设计研究院)



某矿山终了边坡安全稳定性分析

贺义孙鹏郑伟强王春华罗宝金

(广东省冶金建筑设计研究院)

摘要广东某露天石灰岩矿山终了后边坡较大，最大高差为147 m。为了分析矿山边坡安全稳定性，选取终了边坡的东面和南面，采用瑞典圆弧法和河海大学的Autobank7软件计算出边坡稳定性系数。结果表明，矿山的终了边坡是稳定的。同时提出生产过程中边坡安全管理措施。

关键词终了边坡瑞典圆弧法稳定性

广东某石灰岩露天矿山已有近10 a的开采历史，一直采用自上而下分台阶开采方式。目前形成-3，-9，-15，-35，-55，-75 m台阶，-15 m以上为第四系边帮,主要为第四系硅铝质原料和硅质原料，-15 m以下为石灰石边坡。

终了后，表土层和强风化岩层台阶高度为6 m，石灰石岩层取20 m，台阶坡面角根据岩性及矿体的产状分别选用合适取值，第四系松散表土层及强风化层不大于33.69°，平台宽6 m;岩石层台阶东帮取65°，其余边帮取70°;东帮平台宽度为10 m，其余边帮为8 m，最终帮坡角为25°～50°。露天采场东面最终边坡最高标高为12 m，开采最低标高为-135 m，相对高差为147 m，最终帮坡角为43°，东面有2条断层，对矿山边坡的稳定性有一定影响。

1边坡安全系数选取

边坡工程安全系数参考《非煤露天矿边坡工程技术规范》。

1.1露天矿边坡危害等级

露天矿边坡危害等级见表1。本矿山终了后为凹陷露天矿，边坡危害有可能造成人员伤亡和一定的经济损失，故边坡危害等级取Ⅱ级。

表1　边坡危害等级

1.2露天矿边坡安全等级

露天矿边坡安全等级划分见表2。边坡平均标高约140 m，最大高差为147 m，矿山边坡安全等级为Ⅱ级。

表2 边坡工程安全等级划分

1.3边坡安全系数

边坡安全系数选取参考表3。矿山边坡工程安全等级为Ⅱ级，考虑地下水和地震力的影响，故安全系数要求大于1.10，本次取1.15。

表3　不同荷载组合下总体边坡安全系数

注：1.荷载组合Ⅰ为自重+地下水；荷载组合Ⅱ为荷载+地下水+爆破震动；荷载组合Ⅲ为自重+地下水+地震力；2.对台阶边坡和临时性工作帮，允许一定程度的破坏，安全系数可适当降低。

2边坡稳定性计算

2.1参数选取

根据提交的工程勘查检测报告，土工试验取样20个(表4)，力学参数取20个指标的平均值,C=28.7 kPa，φ=17.2°。硅铝质原料密度平均为1.44 g/cm3，硅质原料密度平均为1.72 g/cm3。排土场堆排的表土为两者混合物，计算时，取两者平均密度ρ=1.58 g/cm3，容重γ=15.5 kN/m3。矿岩主要为灰岩；参考同类矿山，灰岩的物理力学参数指标γ=26.4 kN/m3,C=2 020 kPa,φ=40°。

表4　岩土工程参数建议值

2.2验算方法

本次研究以矿区东部和南部边坡为例，采用瑞典圆弧法计算[1]：

K=

(1)

式中，W为土条重量,kN；Q、V分别为水平和垂直地震惯性力(向上为负，向下为正),kN；u为作用于土条底面的孔隙压力，kN；α为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角,(°)；b为土条宽度，m；C为黏聚力，kPa；φ为内摩擦角，(°);MC为水平地震惯性力对圆心的力矩，N·m；R为圆弧半径,m。

2.3计算软件选取

采用河海大学开发的Autobank7软件，考虑地震加速度荷载作用，计算出边坡的最危险滑动面稳定性系数。

2.4计算结果及分析

矿区东面稳定性计算结果见图1。可知，东面边坡的最危险滑动面位于表土层，稳定性系数为1.193 8，大于边坡安全系数1.15，东面边坡是安全稳定的。

矿区南面稳定性计算结果见图2。可知，南面边坡的最危险滑动面位于表土层，稳定性系数为1.531 65，大于边坡安全系数1.15，南面边坡是安全稳定的。

图1　矿区东面边坡稳定性计算结果

图2　矿区南面边坡稳定性计算结果

由计算结果可知，东面和南面边坡的最危险滑动面均在表土层，为了更好研究岩石坡面的稳定性，本次将东面和南面岩石边坡单独列出，将岩石边坡上的土层设为附加荷载，考虑水位线，东面岩石边坡还考虑断层的影响，计算其稳定性。

矿区东面岩石边坡稳定性计算结果见图3 。可知，在考虑了水位线和表土的附加荷载，同时将断层纳入影响因素后，东面边坡岩石面的稳定性系数为2.4141，大于边坡安全系数1.15。因此，在断层影响下，东面岩石面是安全稳定的。

图3　矿区东面岩石面边坡稳定性计算结果

矿区南面岩石边坡稳定性计算结果见图4 。可知，在考虑了水位线和表土的附加荷载后，南面边坡岩石面的稳定性系数为3.0476，大于边坡安全系数1.15。因此，南面岩石面是安全稳定的。

图4　矿区南面岩石面边坡稳定性计算结果

通过计算可知，边坡安全系数均大于1.15，总体边坡是稳定的，不会出现大的边坡问题。

3边坡安全措施

虽然计算边坡总体安全，但是局部仍可能出现小的滑坡、坍塌。矿山在今后的施工和生产过程中还应重视。

(1)严格按照规范施工，对稳定性差及地质条件复杂的地段进行合理支护[2]。

(2)台阶需修建可靠的排水沟，完善境界内的排水系统，并派专人负责维护和修缮。

(3)处理旧采坑时，控制好边坡的高度、边坡角，对岩层破碎带或稳定性差的岩层应采取支护；作业人员应配备安全防护用品。

(4)为了保证边坡安全，靠近边坡必须采用控制爆破，靠帮边坡质点振动速度应小于24 cm/s。

(5)当采场形成最终边坡时，应根据最终边坡的稳定类型、分区特点确定各区监测级别，建立相应的边坡监测系统；对边坡进行定点定期观测，包括坡体表面和内部位移观测、地下水位动态观测、爆破震动观测等；技术管理部门应及时整理边坡观测资料，以此指导采场安全生产。对不稳定的最终边坡应长期监测，发现问题及时处理。

4结语

针对某石灰岩露天矿边坡特点，采用瑞典圆弧法进行稳定性分析，通过计算得出该矿山边坡稳定系数均大于安全系数，单独考虑岩石面时，其安全系数远远大于1.15，总体是安全稳定的。在今后的施工和生产过程中，严格执行边坡安全管理措施，可以保证矿山安全生产。

参考文献

[1]饶运章．岩土边坡稳定性分析 [M]．长沙：中南大学出版社，2012．

[2]徐鼎平．某露天铁矿冰碛土台阶边坡可靠性分析[J]．岩土工程技术，2007，21(1):11-14．

(收稿日期2015-11-25)

贺义(1983—)，男，工程师，510080 广东省广州市越秀区中山二路35号。