易风化矿体边坡稳定性勘查及支护问题研究

李哲军

（广东省地质局第七地质大队，广东 惠州 516008）

易风化矿体具有岩体松散、节理破碎等特点，当矿体边坡垂直高度不断增大时，露天边坡产生裂隙，矿体强度降低，易造成崩解和泥石流等地质灾害，因此勘察易风化矿体边坡稳定性，并对其进行支护加固处理，具有重要意义。国外研究认为矿体边坡稳定在于支护与围岩相互作用，对边坡围岩特性曲线进行解析，构建围岩结构力学模型，将边坡围岩的动态作用关系划分为4个阶段，引入围岩动态相互作用机制，为每个动态作用阶段提供相应分析方法，实现矿体边坡不同位置处的围岩支护。国内研究主要支持复合作用的力学模型，对矿体边坡的力学性能进行全过程解析，获取岩层塑性区内的弹性应变变换规律，通过数值模拟与现场监控量测方式，对不同形式的虚拟支护力进行计算，深入分析边坡围岩的纵向变形过程，建立三维力学的支护机制，判断初期支护的更换时机[1]。但传统支护技术稳定性较差，为此结合以上理论，提出易风化矿体边坡稳定性勘查及支护问题研究，确保易风化矿体边坡的施工安全。

1 易风化矿体边坡稳定性勘查及支护技术

1.1 勘查易风化矿体边坡地质稳定性

提取易风化矿体边坡目标体，围绕目标体布置勘探线，对矿体边坡的稳定性进行评定。由于易风化矿体边坡位置的未知性，导致勘查数量和勘查范围较大，因此要对边坡勘查目标进行提取，提高勘察效率。采集矿体边坡的反射电磁波，获取边坡区的反射波信号，对反射波信号进行电磁波分量线性，将其转换为电磁波信号，利用对数似然函数，获取电磁波信号脉冲波的二元分布情况。对数似然函数计算公式为：

公式中，α为电磁波分量线性系数，m为反射波信号长度，y为矿体边坡电磁波信号的二元分布区域[2]。利用公式（1），获取二元分布区域内的所有脉冲波能量，选取阈值，对脉冲波能量进行划分，引入窗口函数，选取脉冲能量集中窗口的采集信号，将其作为边坡测点。

利用高密度电阻率测探技术，对边坡测点进行勘查。根据矿体边坡的实际地质条件，在测点周边区域内布设电场，布置电场的勘查线，对测点进行打钻测定，使电流流经到边坡土体中，统计边坡土体的导电性能，比较不同测点的电场改变趋势，判断不同位置的岩土导电性能，得到边坡岩层的岩土特性。根据电流在土体中传输速度的差值，采集传输电流产生的电波，在测点布置传感器，借助电流脉冲荷载的作用，搜集电波的垂直分布状态，绘制电流波形图，充分掌握波形图中的电流曲线变化规律。根据电流幅值变化情况，对边坡测点区域的地表情况进行模拟，与正常岩层的电流幅值变化进行对比，获取与正常电流幅值不一致的幅值点，将其作为代表边坡岩层属性特征的数据，对特征数据进行针对性阐述，重新构建矿体边坡的地质体界面。完成边坡地质体界面的构建后，获取地质体的空间属性，对边坡地质的稳定性进行划分，将地质体界面的岩层顶板厚度作为划分指标，当顶板顶板厚度为1m～3m，表示该测点的边坡裂隙容积较大，稳定性一般，当厚度大于3m时，表示该测点的边坡裂隙容积很大，稳定性十分不安全，当厚度小于1m，则表明该测点的稳定性能够得到保证。至此完成易风化矿体边坡地质稳定性的勘查。

1.2 支护易风化矿体边坡不稳定区域

1.2.1 选取支护构件

在易风化矿体边坡地质勘查完毕的基础上，划分岩层顶板厚度大于3m的区域，对区域内的岩层进行支护加固。首先选择合适的支护构件，支护结构的强度和刚度应满足边坡的围岩荷载，围岩荷载计算公式为：

公式中，h为矿体边坡的围岩荷载，ρ为边坡围岩压力，b为边坡围岩的环向应力，d为径向应力，为边坡围岩参数。将公式（2）作为矿体边坡支护构件的评价标准，对比多种支护构件强度和刚度，最终选取玻璃纤维砂浆作为支护锚杆，计算支护结构的导管长度和外插角度，在满足围岩荷载的基础上，对支护构件进行优化。利用纵向连接筋，控制支护构件的形变量，将纵向连接筋焊接在构件的主架上，插入套筒进行加固，提高支护构件的整体性，使其对岩层纵向刚度起支撑作用。至此完成坡体支护构件的选取。

1.2.2 优化支护施工工艺流程

利用TENSAR支护网和支护锚杆，对矿体边坡的不稳定区域进行支护施工，优化支护施工的工艺流程。根据勘查构建的边坡地质体界面，获取围岩应力和变形破坏特征，得到矿体坡体地质环境的地应力，通过喷砼技术，综合控制玻璃纤维砂浆锚杆和TENSAR网，使其适应地应力。具体工艺流程如下图所示：

图1 矿体边坡支护流程

支护施工过程中，使TENSAR网与边坡围岩相贴，采用梅花形排列，对锚杆进行排列，控制排距间隔为1m，充分发挥锚杆间的相互作用，使矿体边坡受力均匀，最大化发挥锚网支护作用。然后对玻璃纤维砂浆锚杆的钻孔进行清洗，清除干净钻孔内的岩粉杂物，锚杆安置完毕后，对锚杆孔进行二次检查，适当保护孔口，确保锚杆安装前锚孔清洗干净。采用GS30EB型注浆机，向锚杆孔内注射水泥砂浆，过程中对锚杆进行初喷素砼，使锚杆两帮收敛、底板鼓起，能够适应矿体边坡的地应力和地质环境，减少坡体支护的返修次数。当锚杆注满砂浆后，在边坡不稳定区域迅速插入锚杆，插送过程中，应适当旋转锚杆，保持插送方向与锚杆孔轴向一致，均匀且缓慢将锚杆插送至边坡内。按照TENSAR支护网的指定规格，安装锚杆托盘并挂网，使TENSAR网的土工格栅露出钻孔锚杆，对其进行喷射混凝土作业，选取等级为C25、厚度较薄的混凝土，加固支护网，利用托盘压住TENSAR格栅，在格栅孔口拧上螺母。最后对支护网进行二次喷硷，增强支护结构刚度与围岩残余强度，全面加固璃纤维砂浆锚杆和TENSAR网，提升锚喷网的支护强度及其整体性，使支护体系达到拱顶沉降的目的，以此提高边坡围岩的承载能力。至此完成支护施工工艺流程的优化，实现矿体边坡不稳定区域的支护，完成易风化矿体边坡稳定性勘查及支护技术设计。

2 实验论证分析

将此次技术与传统技术进行对比实验，两种技术分别对矿体边坡进行勘察支护，比较支护后的边坡地表沉降值。实验对象选取某山地平原矿区，该矿区由于频繁的岩浆活动，边坡岩体破碎形成易风化带，两组实验对该矿区边坡进行勘察支护。此次技术初期支护结构参数如下表所示：

表1 支护结构参数

在边坡测点中选取10个支护点，此次技术采用玻璃纤维砂浆锚杆、TENSAR网、混凝土喷射联合支护，传统技术则直接采用钢筋砂浆锚杆、钢筋网进行支护。边坡支护后的第10天，对两组实验支护点的地表沉降进行监测，记录支护点监测信息，断面地表沉降对比结果如下表所示：

表2 实验对比结果（mm）

如上表所示，当支护点不同时，此次技术地表沉降都要小于传统技术，平均沉降量为12.2mm，而传统技术平均沉降量为23.9mm，相比传统技术，地表沉降减少了11.7mm，矿体边坡地层和支护结构的变形规律更加稳定。

3 结语

针对传统技术支护结构稳定性较差的问题，提出一个易风化矿体边坡稳定性勘查及支护技术，实验验证该技术的有效性，可推广到相关工程。但此次技术没有对支护结构的力学性能进行深入分析，在今后的研究中，会应用BIM平台，实时浏览坡体受力情况，实现支护施工信息化。