山东南部某矿区水泥用灰岩矿边坡稳定性分析

王

中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队（250100）

0 前言

某矿位于山东南部，为水泥用灰岩矿，根据《金属非金属矿山安全规程》以及《国家安全监管总局关于印发非煤矿山领域遏制重特大事故工作方案的通知》等文件的要求，该矿应对其所属露天矿山进行边坡稳定性分析评价。

1 评价对象与评价范围

选定该矿山采矿许可证范围内的终了边坡以及高陡边坡进行稳定分析评价。

2 矿山区域概述

矿区位于华北板块(I)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)尼山—平邑断隆(Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的南部，枣庄断裂的北盘。矿区内出露的地层自下而上有：寒武纪长清群馒头组、寒武纪九龙群张夏组及第四系。矿区内主要为单斜构造，次为断裂构造。区内发育有Fl和F2两条正断层。区内未见岩浆岩。矿床为滨海沉积矿床，存于寒武—奥陶纪九龙群张夏组中，裸露于地表。矿层内无夹层，内部结构简单。矿山西部沟谷中有部分矿石被第四纪残坡积物覆盖。残坡积物的主要成分为黄色含砾黏土、亚黏土，厚度平均2.77 m。矿坑充水因素为大气降水，矿床开采为露天开采，矿体位于最低侵蚀基准面以上，矿区地形有利于自然排泄，矿体大范围出露，第四系地层分布范围小，且厚度不大。矿区附近无地表水体分布，本矿山水文地质条件简单。本矿区地质构造较简单，岩溶不甚发育，岩层以厚层状构造为主，岩石强度大，稳定性好，不易发生矿山工程地质问题，工程地质条件属简单类型[1]。

3 露天采场边坡现状

矿山目前正常开采，本次分析的边坡为矿山东侧的Ⅰ号边坡、矿山北侧的Ⅱ号边坡。Ⅰ号边坡为正在开采中的临时边坡，Ⅱ号边坡为复垦后的永久边坡。

Ⅰ号边坡（整体走向南北），南北长约800 m，岩石结构构造、矿物成分和色泽基本未变，部分裂隙面略有变色岩，少数竖向裂隙中充填黏土，岩体为微风化；锤击声清脆，有回弹，振手，难击碎，属较坚硬岩。岩体结构面主要为层面，竖向裂隙平均间距大于1 m，层面张开度小于1 mm，结构面粗糙，岩体较完整，按岩土工程分类为厚层—巨厚层灰岩。按 《非煤露天矿边坡工程技术规范》GB 51016—2014，边坡工程安全等级为Ⅲ级。

Ⅰ-1号测点，位于矿山东侧，Ⅰ号边坡南端，结构面粗糙，岩层产状为280°∠9°，坡面产状为250°∠70°，坡面有竖向裂隙，1条/m 或＜3条/m3。Ⅰ-2号测点，由1号测点向北约60m，结构面粗糙，岩层产状为 280°∠9°，坡面产状为 260°∠70°，坡面有竖向裂隙，1 条/m 或＜3 条/m3。

Ⅱ号边坡（整体走向东西），东西长约440 m，岩石结构构造，矿物成分和色泽基本未变，部分裂隙面略有变色岩，少数竖向裂隙中充填黏土，个别结构面为钙质胶结，岩体为微风化。锤击声清脆，有回弹，振手，难击碎，属较坚硬岩。岩体结构面主要为层面，竖向裂隙平均间距大于1 m，层面张开度小于1 mm，结构面粗糙，岩体较完整，按岩土工程分类为厚层—巨厚层灰岩。按《非煤露天矿边坡工程技术规范》GB 51016—2014，边坡工程安全等级为Ⅱ级[2]。

Ⅱ-1号测点，位于矿山北侧，边坡东侧，结构面粗糙，岩层产状为 270°∠12°，坡面产状为 170°∠65°，坡面有竖向裂隙，1条/m或＜3条/m3。

4 露天采场边坡参数、类型

该矿山岩体未受地质构造影响，裂隙不发育，物理机械性能属中硬岩。根据矿山的地质条件，设计工作台段坡面角75°，终了台段坡面角65°，安全平台宽4 m，清扫平台宽8 m，每隔2个安全平台，设置1个清扫平台。该矿形成的最终边坡类型为阶梯状。矿山开采终了结束以后，终了边坡主要集中在矿区东侧和南侧，矿山东侧边坡50°～58°（边坡最大高度 241.8 m）、 南侧边坡 41°～44°（边坡最大高度91 m）、西侧边坡 49°～58°（边坡最大高度 35 m）、北侧边坡55°（边坡最大高度105 m）。

5 边坡稳定性评价

该矿形成的边坡类型为梯形组合式台阶。矿山东侧边坡50°～58°（由于矿山东侧最终边坡从+245 m水平以下各水平最终边坡自东向西顺底板留设缓倾斜边坡，倾角5°～8°。若按照边坡最高处与边坡最低点连线计量最终边坡角，导致最终边坡角过小，故本次取边坡最高处与+245 m水平坡脚处连线为最终边坡角，相应边坡最大高度143.8 m）、南侧边坡 41°～44°（边坡最大高度 91 m）、 西侧边坡49°～58°（边坡最大高度 35 m）、 北侧边坡 55°（边坡最大高度105 m）。按照设计要求留设安全平台及清扫平台以后，采场内的最终边坡角不大于58°。参考国内同类型矿山边坡角取值其较为合理[3]。

矿区开采范围内，矿层呈单斜层状产出，产状与地层一致，走向 NNE，倾向 270°～290°，倾角 5°～8°，产状较稳定，倾角较缓，不会造成工程地质问题。赋矿层位于张夏组地层内，鲕状结构、泥晶结构，致密坚硬，抗压强度大，属坚硬岩石。矿区内断层构造不发育，矿区内发育有Fl和F2两条正断层。矿山开采最终边坡均与Fl和F2断层垂直相交，对最终边坡的稳定基本不产生影响。矿山在开采过程中要采取相应的监测、控制措施，增加对边坡的管理，定期检测其稳定性，必要时采取加固措施，以保证边坡的稳定性。总体来讲，本矿采场边坡为结构简单的稳定型边坡。

6 边坡稳定性系数计算

根据 《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）的规定，滑坡稳定状态应根据滑坡稳定系数确定。边坡稳定状态分为不稳定、欠稳定、基本稳定和稳定。1.05≤F＜Fst为基本稳定，F≥Fst为稳定。

计算通过岩土工程计算分析软件进行计算，对Ⅰ号边坡的Ⅰ-1号测点、Ⅰ-2号测点、Ⅱ号边坡Ⅱ-1号测点进行了边坡稳定性系数计算。总体边坡的设计安全系数，按《非煤露天矿边坡工程技术规范》GB51016-2014，边坡工程安全等级为Ⅱ级。总体边坡的设计安全系数选取1.20～1.15，计算结果为Ⅰ-1∶3.067；Ⅰ-2∶3.584；Ⅱ-1∶2.114。Ⅰ号边坡和Ⅱ号边坡，均为总体边坡稳定状态。

7 结语

该矿山边坡为岩质边坡，岩体基本质量级别为Ⅱ级，当边坡破坏后可能造成人员伤亡或财产损失，因此，该矿边坡工程安全等级为二级。

该矿边坡稳定安全系数Fst取值：临时边坡为1.20，永久边坡一般工况下为1.30。本次计算安全系数为F=1.7～3.5，大于1.30，因此该矿的最终边坡稳定状态为稳定。

Ⅰ号边坡为正在开采中的临时边坡，可按原开采设计继续进行开采。Ⅱ号边坡为复垦后的永久边坡，作为永久边坡，建议松动岩石进行排险。

应严格按照设计要求进行开采，留设最终边坡及安全平台和清扫平台，边坡角度要符合设计要求。

要根据最终边坡的稳定类型、分区特点确定监测级别，并建立边坡监测系统，对坡体表面和内部位移、爆破震动等进行定点定期观测，对存在不稳定因素的最终边坡要长期监测。

建议按设计要求对边坡进行降高等处理，并留设安全平台，对边坡上部浮石、危石及时进行清理，在危险部位增设护栏和相关警示标志。

要查清开采境界内的潜在危险区，设置明显的警示标志。易引起边坡坍塌事故的，要采取措施治理边坡，及时消除安全隐患。应在主运输道路两侧增设指示牌等明显标志，增补急弯处、危险地段的警示标志，并加强排水沟的维护清理工作，确保排水沟畅通。

强化边坡安全检查。作业前，必须对工作面进行检查，清除危岩和其他危险物体。对采场工作要每季度检查一次，高陡边坡要每月检查一次，发现坍塌或滑落征兆，应立即停止采剥作业，撤出人员和设备，及时机械处理。