南芬露天矿边坡防治措施研究

2018-01-30马士博张健鹏

世界有色金属 2018年11期

马士博，张健鹏

(本钢南芬露天铁矿，辽宁本溪 117000）

南芬露天矿山是一个扩帮过渡矿山，目前处于三期扩帮四期开采阶段，采场四期开采设计境界线是在三期开采境界线的基础上，对采场上下盘及南北端全境界向外扩帮，各部位外扩宽度为：上盘150m～340m，下盘30m～170m，北端帮80m～100m，南端帮180～200m。四期境界设计上盘边坡角42°～49°，下盘边坡角31°～34°，终了边坡高度均在700米以上，属于超高边坡规模，工程地质条件极其复杂。自2009年扩帮以来，四期开采边坡出露300米以上，加上三期开采形成的边坡，总体出露边坡高度600米以上。随着几十年的采场岩体揭露，采场边坡稳定问题一直困扰着露天矿正常开采。

1 影响边坡稳定的因素

1.1 地质情况

1.1.1 岩组

采场内岩性按其工程地质性质可分为十一个岩组：太古界鞍山群二云母石英片岩岩组(GPL)、绿帘角闪片岩岩组（AmL）、石英岩岩组（Fe）、石英绿泥片岩岩组（Am）、云母石英片岩岩组（TmQ）、片麻状混合花岗岩岩组（Mr12）；元古界辽河群石英岩岩组（Ptlal1）和混合花岗岩岩组（Mr2）；震旦系钓鱼台石英岩组（Z2+3d）和南芬页岩组（Z2+3n）；第四系岩组（Q4）和岩脉。岩组较多，岩性比较稳定，但局部有软弱夹层。

1.1.2 地质构造

依据目前边坡的揭露情况，初步判断采场内存在约百余条断层，断层较多，深浅不一，其中有F1、F1’明显断层横穿采场。并且存在一倒转背斜构造，该背斜处于黑背山倒转穹隆的南西部，东西宽1.5km，南北长4.5km，轴向近南北，轴面倾向北西西，倾角30°左右，核部为混合花岗岩，震旦纪钓鱼台组石英岩不整合覆盖于其上，底部由F1′断层与鞍山群成矿岩层隔开。

从以上两方面分析，岩性和地质构造对边坡稳定都存在直接的影响。

1.2 水的影响

水对边坡稳定的危害性不言而喻，矿层裂隙水长期潜蚀造成边坡矿体不连续面抗剪强度降低，是形成矿体变形滑动的重要因素之一。裂隙水对边坡稳定性的影响主要有以下几个途径：①通过物理和化学作用影响不连续面充填物中的孔隙水及其压力，从而改变充填物的强度指标。对发育有张性节理的矿体，裂隙水的这种作用会更加明显；②不连续面中的静水压力减少了作用在它上面的有效正应力，从而降低了潜在破坏面上的抗剪强度；③由于水对颗粒间抗剪强度的影响，引起岩土体抗剪强度的降低。边坡岩体中裂隙水的存在会产生静水压力，不但降低岩体不连续面抗剪强度，而且对矿体造成向临空方向的水平推力，使坡体下滑力增大；④边坡浅表层裂隙水的冻胀对矿体产生向边坡临空方向的冻涨力，对边坡稳定构成不良影响，如果边坡矿体的不连续面陡倾，这种作用的破坏更加明显。

1.3 开采的影响

南芬露天矿年矿岩产量近9000万吨，大规模的开采对边坡的稳定性有极大影响。主要体现在以下几个方面：①下部的开采卸荷对上部已揭露边坡的影响巨大，易导致坡脚不稳定；②正常生产爆破作用产生的纵波对边坡的影响。

2 各部位滑坡原因、潜在滑坡趋势和防治措施

2.1 下盘

2.1.1 滑坡原因

下盘随着开挖的进行，已开采至标高430m，平台靠临终了境界，坡脚岩体卸荷，应力释放，形成鼓胀变形，在上部边坡剪切应力下，在550m～430m形成了长约80米，高120米的滑体剪出口，出现台阶矿体开裂沉降变形滑塌破坏。

2.1.2 治理措施

①针对现有滑塌体特征，对已滑塌堆积岩石清方处理；②550m～430m台阶滑塌后壁及两侧潜在变形滑塌区采用预应力锚索，坡脚采用锚桩+预应力锚索+连梁加固，坡顶开裂处，裂缝内灌注水泥浆封堵；③在坡脚设置坡体疏干孔，降低边坡岩体内裂隙水压力。

2.2 上盘

2.2.1 潜在滑坡因素

此区域边坡上部震旦系钓鱼台组石英岩岩体非常破碎，断层及软弱夹层较为发育，局部台阶边坡可能发生F1、F1’断层和软弱夹层出露部位的表层岩体风化剥落以及松散破碎岩体崩塌落石等潜在滑坡问题。

2.2.2 防治措施

①对断层带内台阶坡面采用挂网喷射混凝土护面防护，喷层厚度10cm，喷射面层防护范围应超过F1、F1’断层边界进入两侧坚硬岩体不少于1m 范围；②采用锚固筋将网格尺寸25cm×25cm钢筋网固定于坡面；③喷射混凝土面层设PVC泄水孔，交错排列，泄水孔应尽量设置在断层、裂隙密集带、坡面出水点等导水结构部位。

对于有固定公路等重要生产设施的部位，高空落石对固定公路运营带来较大的安全隐患，需设置被动式防护网。防护网安装在固定公路路堑边坡，外倾的拦截网一般不超过台阶坡脚排水边沟，避免影响固定公路运输车辆。

2.3 南端帮

2.3.1 潜在滑坡因素

南端帮边坡临近常年性河流黄柏峪河，随着水源地工程的实施和黄柏峪河向南改道，大幅降低了原河床渗水对南端帮边坡稳定性的影响，但仍不可避免有部分自河流上游洪冲积层渗流的地下水影响南端帮边坡。而且，南端帮地层上覆碎石土薄层，局部台阶坡残余挂帮矿场未能彻底清除，矿石与围岩间存有的软弱夹层带构成了潜在滑动面，该软弱面倾斜切入坡体，在河水或雨水入渗情况下，软弱夹层浸泡软化，可能形成局部楔形滑动。

2.3.2 防治措施

①采场外围截水

在南端帮边坡境界线以外、不宜小于5m 位置设浆砌毛石截水沟，截水沟沿南端帮边坡境界线走向东西布置，截水沟内拦截的汇水向南引入黄柏峪河，避免汇水集中进入采场并冲刷坡面增加边坡安全隐患。坡顶截水沟需坐落于坚实稳定地层，当沟体通过松散回填层时，应对沟底回填土进行夯实处理。截水沟沟底纵坡度应不小于3‰，当沟底纵坡度较大时可设置分级平台增加砌体稳定性。

②边坡排水

在南端帮各级靠界并段边坡也应设置排水措施，减少地表汇水冲刷、积水浸泡和裂隙入渗造成的边坡安全隐患。各级并段台阶之间的安全平台、清扫平台地面应平整，避免出现坑洼积水现象。台阶之间的各安全平台设置倾向坡脚、坡度不小于8%的反坡，使得整个安全平台形成三角形排水沟，排水沟纵坡度不小于3‰；各清扫平台设置倾向坡脚3%～5%的反坡，清扫平台外侧设挡水坝（车档），避免降雨量过大时平台汇水流向下级台阶坡，平台内侧设排水沟，宽度不小于0.8m，深度不小于0.5m，排水沟纵坡度不小于3‰；平台排水沟纵向每隔约1000 米在最低处埋设DN500排水管，以便将排水沟内汇水通过各级排水管排入固定公路边沟并汇入采场疏排水系统。平台排水沟应设计合理，对水沟侧壁出露的如绿泥片岩软弱岩层、夹泥断层进行适当护面，避免由于水流长期冲刷造成坡脚软弱夹层淘空造成的台阶坡陡倾构成的安全隐患。

2.4 北端帮

2.4.1 潜在滑坡因素

北端帮局部存在F1 和F1’断层出露部位，由于断层带内紫色页岩、泥岩等岩性软弱，开挖揭露后处于暴露环境中易风化脱水收缩干裂，受整体边坡集中剪应力作用崩解坍塌，使得位于断层带内的台阶坡体逐渐坍塌破坏，且破坏作用将持续沿断层面向坡体内部侵入，最终造成断层带上部混合花岗岩台阶坡因失去下部支撑形成可涉及数个并段台阶的规模性滑塌破坏。

2.4.2 防治措施

采用挂网喷射混凝土面层对坡面进行全封闭防护，防止边坡风化剥落及冲刷破坏的形成和发展，最大限度减少外界风化、震动、冲刷、冻胀以及坡体应力应变积累调整等多种不利因素对坡面岩体造成损伤破坏，保障边坡安全稳定。除喷射混凝土面层封闭坡面外，还需在坡面均匀设置全长粘结锚杆，使得边坡表层潜在破坏岩体通过锚杆之间的相互作用影响联为整体并将潜在破坏岩体锚固于坡体深部稳岩体。