露天金属矿山边坡稳定性的影响研究

涂金地

（中铁九局集团有限公司大连分公司，辽宁 大连 116000）

近年来，我国矿山开采范围不断扩大，开采程度也日益深入。但在露天金属矿山开采中仍存在一系列亟待解决的突出性问题，其中首当其冲的就是边坡稳定性问题。在矿山开采过程中，一旦边坡失稳，不仅会给矿山企业造成无法弥补的经济损失，还会对开采人员的生命安全构成威胁。目前，露天金属矿山设计参数不断优化，陡帮开采理念也受到矿山企业的高度重视。只有积极转变矿山开采理念，合理运用先进的开采技术，才能维护边坡工程的安全性。

1 露天金属矿山边坡工程的基本特征

与公路工程、水利水电工程的岩体边坡相比，露天金属矿山边坡工程具有较大的差异性。由于露天金属矿山边坡工程处于爆破震动场所内，极易受到爆破作业的干扰，稍有不慎，就会导致边坡工程失稳，进而对整个矿山开采活动造成不利影响。由此，全面掌控露天金属矿山边坡工程的基本特征显得尤为重要。

1.1 边坡工程多样性及复杂性

露天金属矿山边坡工程具有地质结构多样化与复杂化的特点。不同类型地质结构之间的耦合作用，以及自然环境的变化会在很大程度上影响边坡稳定性。尤其是在持续强降雨天气状况下，地表径流的冲击、地下水位的上升及爆破作业产生的振动效应，会直接破坏边坡结构稳定性。

1.2 边坡安全的时效性

通常来说，矿山企业为缩短工期，节约成本，并不会在边坡工程上投入过多的人力、物力和资金。在矿山基建阶段，修建的边坡以临时陛边坡为主。而这种临时陛边坡缺乏稳定性，且稳定性难以预估。大多数矿山企业也只是尽可能的保证该阶段矿山开采不出现任何安全问题，对后续开采作业的安全性缺乏考量。与此同时，随着矿山开采的推进，这种临时边坡的稳定性也随之减弱。

1.3 岩体及边坡的动态变化性

边坡工程是随着露天金属矿山开采进度的推进而变化的。在矿山开采过程中，这种变化是被允许的，换言之，只要这种变化不影响开采作业即可。边坡工程的稳定性也应该是一个变化的过程。也就是说，随着露天金属矿山开采程度的加深，边坡工程的稳定性必须随之增强。只有这样，才能推动整个开采作业的顺利开展。

2 影响露天金属矿山边坡稳定性的因素

2.1 岩体结构因素

岩体结构的变化会在很大程度上威胁露天金属矿山边坡的稳定性。通过对过往的施工报告展开调查，以及对实践工作经验的总结可知，岩体构造变化是导致露天金属矿山边坡失稳的主要原因。

通常情况下，矿山企业在边坡设计与建造时，会深入施工现场，对现场周围的岩石情况展开考察与研究，并采集岩石样本进行分析。由此，判断该区域是否适合开展露天矿山边坡施工作业。目前，行业内对不良岩体结构提出了明确的划定标准。其中，弱面结构是最常见的不良岩体结构之一。这种岩石结构极易在外界环境变化以及爆破震动效应的影响下，出现表面结构开裂现象。而一旦岩石结构出现开裂，就会在很大程度上破坏整个边坡工程的稳定性。

2.2 岩性土层矿物质结构因素

除岩石结构以外，露天金属矿山边坡稳定性还会受到岩性土层及其内部结构的影响。而且不同类型的岩性土层对边坡稳定性的影响程度不同。例如，铁质岩性土层对边坡稳定性的影响程度，远远超过硅质岩性土层。从根本上来说，岩性土层所包含的矿物质不同，这是导致其性能差异的主要原因。同时，岩性土层中各类矿物质的连接方式也各不相同。

根据对各类岩性土层样本展开深入研究可知，部分矿物质以结晶连接方式为主，而部分矿物质以胶结连接方式为主。其中，变质岩是较为常见的矿物质结晶结构。由于变质岩的稳定性较好，所以适用于矿山边坡的基建构造体。需要格外强调的是，大多数胶结构造矿物质岩体的稳定性较差，并不适用于矿山边坡的基建工程，会增加施工中的安全隐患。

2.3 自然环境因素

影响露天金属矿山边坡工程稳定性的自然因素主要包括，地表径流冲击、地下水侵蚀、裸露风化和空气温湿度变化等。其中，裸露风化会在很大程度上破坏岩石的表面结构。在自然风力的持续作用下，岩石表层的扩张力不断增大，当扩张力超过其自身的耐受极限时，初期阶段会出现轻微裂纹。随着时间的延长，裂纹逐渐深入内部结构，形成大规模开裂。而一旦岩石开裂，会极大地损害整个岩体结构的稳定性。

再者，空气温度的变化也会增大岩石内外部结构的温度差异，形成温度应力，一旦温度应力超过岩石结构自身的抗拉限度，就会使岩体开裂。相较而言，地下水侵蚀是对岩石结构以及边坡工程稳定性影响程度最大的自然环境因素。水体会顺着岩石结构表面裂纹逐渐渗入内部结构，随着时间的延长，裂纹逐步扩张，岩石颗粒流失，完整性遭到破坏。尽管地下水侵蚀的影响是循序渐进的，是缓慢的，但对边坡稳定性的影响却是不容小觑的。为此，在矿山开采过程中，必须加大对自然环境因素影响的重视力度。

2.4 人为破坏因素

在矿山开采过程中，不可避免的会开展爆破作业，且使用重型机械设备。而爆破作业以及重型机械设备作业，又会产生剧烈的震动效应，威胁边坡稳定性。一方面爆破作业会导致岩石结构产生一定程度的滑移力，威胁边坡的稳定性。另一方面爆破作业产生的剧烈震动效应，会致使岩体开裂。

当前，在采矿作业中，最常用的爆破方法就是垂直深孔爆破方法。这种爆破方法会对露天矿山边坡造成严重的破坏。以吉林天池矿业下属官地露天铁矿和鸡南露天铁矿为例。在开采过程中，爆破作业对岩石结构造成了极大的破坏，再加上自然环境条件较为恶劣，致使边坡失稳，险些酿成严重的开矿事故。

通常来说，岩石的震动速度越快，爆破作业产生的破坏程度越大。而岩石的震动速率又会受到用药量、爆破范围以及岩石结构天热属性等因素的影响。总而言之，在露天金属矿山开采过程中，必须加大对爆破作业的重视，尽可能的减轻爆破作业对边坡稳定性的影响。

3 增强露天矿山边坡稳定性的具体措施

在露天金属矿山开采中，若想增强边坡稳定性，必须采取如下几方面措施：加大地质勘查力度；完善矿山排水设施；约束和规范采矿行为；选择适宜的边坡加固处理措施。下面就将对上述措施展开具体论述。

3.1 加大地质勘查工作力度

在露天金属矿山开采前，指定专业技术人员深入现场进行地质勘察，全面了解矿山周围的地质结构条件和岩石结构情况。编制完整的地质勘察报告，上报至工程设计部门。在地质勘察报告中，详细表述矿山周围地质结构条件、地质薄弱地带及自然资源分布情况，为工程设计与施工提供可靠的参考依据。

此外，利用各类现代科技手段，创建完善的边坡监测系统，如全球卫星定位技术、远程遥感技术、三维激光扫描技术、雷达技术以及地理信息技术等。通过对边坡的全方位、动态化、精细化监测，掌握边坡稳定性的变化规律，采取切实可行的防治措施，以维护边坡结构稳定性。

3.2 完善矿山附近排水设施

对地表水及地下水展开流量变化监测也是至关重要的。相关人员可以通过建设引排水设施的方式，将地表径流引入平原地带或自然流域中，尤其是初春积雪融化时节和夏季持续强降雨时节，引排水工作更加重要。借助引排水，可以最大程度的减小地表径流对岩石的冲击力，减轻腐蚀程度。

另外，地表径流渗入以及地下水上涌还会导致岩石结构裂缝扩张。为此，加强防渗工程建设至关重要。防渗工程不仅可以有效控制岩石的腐蚀程度，还可以有效抑制岩石的风化作用。总而言之，无论是引排水工程，还是防渗工程，在正式施工前，都需要对地表径流和地下水的流量变化展开密切监测。

3.3 约束和规范采矿行为

首先，在了解矿区地质结构条件的情况下，对整个开采流程进行合理规划。同时，充分考虑多方面因素，选择适宜的爆破方式。在爆破作业中，除了要选择合理的爆破方法以外，还应合理划分爆破工作区，并将各工作区的弹药量控制在合理范围内。其次，由于采矿废料的堆积，机械设备的使用会产生一定强度的荷载力，所以，在矿山开采过程中，需对机械设备与废弃石料进行统一管理。并定期清理生活垃圾和爆破产生的废石料，将重力荷载控制在合理范围内，最大程度的减轻重力荷载对边坡稳定性的影响。这里需要格外强调的是，矿山开采严禁掏采，以免因掏挖量过大而导致边坡失稳。

3.4 选择适宜的边坡加固处理措施

除预防措施以外，对于已经出现失稳问题的边坡来说，必须开展清理和加固处理。具体来说，就是清理边坡上堆积的垃圾杂物和废弃石料，对出现崩塌的边坡予以修整加固，增强边坡的安全稳定性。

另外，对于岩石构造、纹路节理存在缺陷的边坡，可采用设置挡滑墙、抗滑桩以及边坡注浆等人工干预措施，进一步提升边坡的稳定性。与此同时，定期开展边坡巡查与维护，确保边坡的安全稳定性，增大开采作业安全系数。

4 结语

综上所述，在矿山开采过程中，安全始终是第一要义。尤其是露天金属矿山的开采，必须加强边坡监测，避免因边坡失稳而产生安全事故。矿山企业相关人员应当明确导致边坡失稳的原因，采取科学合理的边坡加固处理措施，以期推动开采作业的有序开展，维护多方利益。