铜多金属矿开采及边坡稳定性分析

樊庆强，乔延雷

（1.西藏玉龙铜业股份有限公司，西藏 昌都 854100；2.青海铜业有限责任公司，青海 南宁 811699）

露天采矿中，影响矿山生产正常进行的决定性因素即为采掘现场的稳定性。采掘现场一旦有滑坡现象发生，不仅对露天矿山正常生产造成影响，有关露天矿的边坡稳定性能的研究比较复杂，其中涉及到边坡的坡型与坡率，物理学的性质、地下水分布等，目前国际上针对露天矿边坡稳定性能方面的研究尚处于探索阶段。

1 工程概况

西藏某铜多金属开采工程实施露天开采模式，运用露天开采的方式进行角岩矿体开采，该项工程的角岩露天矿设计的基本参数包括：露天采坑4750m的坑底标高，5240m的最高境界标高，540m的最大边坡高度,15m的台阶高度，42.5°～44°边坡角度、6000kt/a设计规模。在探矿工程不断进行下，又针对角岩的露天坑东面进行南坑矿体开采，其设计规模为5000t/d。高边坡开采，高陡露天开采边坡，需要更高要求的开采边坡的稳定性，一旦边坡遭到破坏失稳，将会造成巨大经济损失或者人员伤亡。

2 地质基本特征

该铜多金属的矿区在推覆结构的影响下，以褶皱结构发育为主，断裂结构为次。矿区矿体为矽卡岩铜多金属类型，在白垩系的下统林布宗组与侏罗系的上统底沟组上部接触部位以层状状态分布，大多主矿体处于灰岩层地下水的上方。地层的岩性比较复杂，其构造发育为破碎带，具有较强岩石风化的作用，冰冻层的厚度较大，边坡的工程地质复杂，属于中等的平硐开采地质条件，矿床地质条件为可层状-可溶盐岩。结合调查分析的结果，将工程地质岩组划分为南坑和角岩。

该铜多金属矿水文特征为半干旱区的岩溶、溶蚀裂隙、底板直接等充实类矿床，因此边坡的稳定性受地表及地下水的影响较小。

3 地质调查以及设计

（1）地质分区。结合工程南坑及角岩设计方案，充分考虑露天矿场可行性的研究，展布采坑最终境界、岩层产状的要素特征、地质构造、边坡的坡向等基本情况，对采坑、角岩露天开采的境界进行分区，其中包括40线、A、B、C、D四个采坑分区，A、B、C、D等四个角岩分区，并将相对应采坑及角岩的工程分区进行9个与12个剖面的剖分，剖面线方向同边坡坡体设计走向相垂直。

（2）边勘设计。因为此前进行的铜多金属矿工程化探、钻探等工作主要是研究矿床地质，钻探孔的布置主要是集中勘探矿体的赋存状态，并且勘探的网度受到限制，编录工程地质的程度不够，导致研究边坡工程及水文的地质程度不高，专项研究边坡工程的地质以及水文的工作没有开展，很少针对坡体岩性及其构造进行研究。因此需要补勘南坑及角岩工程地质。

（3）检测技术以及分析岩体质量的等级。通过超声波的检测设备针对该矿区角岩2个补勘的钻孔角岩测试单孔的岩体纵波速度，矿区内的角岩纵波保持4083m/s的均值波速。根据测试的声波结果，得出角岩的0.59完整的岩体指数。按照质量等级的BQ法，得出II级角岩基本质量的等级级别，表示岩体比较完整。

4 极限平衡的稳定性能分析

（1）分析边坡的稳定性能方法。分析边坡稳定的方法主要包括极限平衡法、可靠性的概率法、应力应变数值法以及基于非线性科学的分析法。本研究采用极限平衡法进行分析，该方法又分为Fellenius瑞典条分、Janbu简化、Bishop简化以及Spencer等方法。

（2）确定边坡滑动的模式。以分析该多同金属工程边坡的体内既有的软弱夹层、不连续面、岩层的控制面、破碎带等“特征面”、按照节理的裂隙进行组数以及节理裂隙进行产状的统计为依据，考虑分析滑动破坏的模式持平投影，从坡体所受应力的角度进行分析，对垂直裂隙的加圆弧形的破坏模式的运用进行采坑及角岩的稳定性进行分析给予确定，利用软件Slide6.0对滑面位置进行自身搜索，对判断依据为Bishop简化法进行确定。

（3）分析边坡稳定性的步骤及确定边坡角的合理原则。分析9个采坑剖面、12个角岩剖面的稳定性，对各个受力状况进行考虑，其包括以下几个分析步骤：首先对42°、45°、48°的边坡角稳定性进行分析计算；分别对21个剖面的上述边坡角的稳定性进行分析，结合相应安全系数实施更加细致的分析，对边角的增减幅度进行计算细化；对各边坡角的情况进行对比，从而确定合理开采的边坡角。

（4）确定力学参数。在现场进行岩石选择，其中包括灰色的大理石、白色的大理石、矽卡岩、花岗斑岩、板岩、角岩等，试验过程中，对所选岩石进行加工，制成同规范要求相符合的试样，通过试验进行岩石密度、抗压强度、抗拉强度、泊松比、弹性模量等参数的测定。

（5）结果分析。以确定合理边坡的角度原则为依据，首先分析该矿采坑边坡的多个剖面及角岩，然后进行较差稳定性边坡剖面的筛选，结合安全系数与边坡的安全系数大小，一次进行边坡角度的调整，最终满足安全系数。为了确保边坡所需安全角度，提出以下合理化建议：综合采坑边坡的高度以及边坡的稳定性的分区结果等因素，A区应保持42°～43°边坡角度，C区应保持45°～46°边坡角度，D区应保持46°～48°的边坡角度，40线区应保持48°～50°边坡角度；角岩矿的A、B区用应保持不高于45°～46°的边坡角度。

5 结语

综合考虑该金属矿采坑、角岩露天开采工程特点和既有地质资料充分利用的基础上，采取编录既有钻孔的资料以及补充勘测钻孔工程的地质状况，通过测试钻孔摄像和声波测试、室内岩石的力学试验以及定向孔的编录等调查工程地质的方法，进行边坡地岩体的力学参数确定，采取极限平衡的分析方法，分析采坑多个剖面和角岩边坡的稳定性，最终获得角岩及采坑每个工程地质的分区边坡角，具有一定的参考价值，为矿山工程生产提供安全保障，同时也为其经济效益和社会效益的提高打下坚实基础。