滇中某磷矿露天采场边坡稳定性分析

李小武 施雄斌 吕林洪 周晓超 张 伟

（1.昆明有色冶金设计研究院股份公司；2.云南延发矿业科技有限公司）

磷矿是我国重要的战略性资源，从目前的开采现状来看，全国磷矿开采产业以露天矿为主，少部分采用地下开采［1］。露天采场边坡稳定性是露天矿山安全开采的重要影响因素，直接关系到矿山的安全生产和经济效益［2］。以滇中某露天磷矿为背景，对露天采场边坡稳定性进行分析，并针对性地提出采场边坡安全防护措施，为矿山安全、高效开采奠定基础。

1 工程概况

1.1 开采技术条件

矿层顶板为含泥白云岩、泥质白云岩或含锰白云质泥岩，下部夹灰黑色燧石或灰白、灰黑色硅质薄层及条带。

矿层底板为白云岩或泥质白云岩，顶部及中部夹黑色薄层状燧石或条带状硅质岩，局部白云岩风化后呈泥岩及粉砂质页岩。矿石松散系数为1.63～1.93，一般约为1.7，顶板岩石松散系数约为1.9。矿石安息角为37°～44°，顶板岩石安息角为35°～39°，砂岩、白云岩安息角为38°～41°。

矿区水文地质条件复杂程度为中等，工程地质复杂程度为中等偏复杂，矿区环境地质质量为中等。

1.2 矿山开采现状

目前，露天采坑的最低开采平台为2 250 m水平，最高台阶标高为2 388 m，台阶高度为10 m，安全平台宽度为3 m，采坑东西宽约500 m，南北长约800 m。采场西帮和北帮已开采到矿体的底板线，矿体底板的坡度为15°～28°，矿体底板主要为白云岩，原始地貌近地表风化深度为3～6 m，底板岩石未风化。采场底板、上盘和端部相关台阶整体稳定性较好。

采场南部紧邻矿山内排土场，已经堆排完毕多年，内排土场南北向长约1.2 km，东西向宽约0.55

李小武（1980—），男，高级工程师，650051 云南省昆明市。km，占地面积为45.23 万m2，堆存标高为2 390～2 480 m，堆排台阶高度为20～30 m，最大约50 m，排土场截排洪系统完善，目前已经复垦完毕。

2 露天采场边坡稳定性分析

根据该露天矿开采技术条件，同时结合采场南帮边坡上部为排土场的实际情况，对露天采场边坡进行稳定性分析。

2.1 岩体力学参数

依据矿山提供的工勘报告确定的岩体力学参数作为本次采场边坡稳定性分析的参数，见表1。

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2.2 计算剖面选取

本次露天采场边坡稳定性分析中，地层信息主要依据矿山地质报告和工勘报告成果，总共选取了5个计算剖面，剖面位置见图1。

2.3 边坡安全等级

根据露天采场终了边坡高度（170 m）及危害程度（III），参照《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016—2014）中对边坡等级的规定，确定露天采场边坡工程安全等级为III 级，对应的安全系数规定如表2所示。

注：荷载组合I为自重+地下水；荷载组合II为自重+地下水+爆破振动力；荷载组合III为自重+地下水+地震力。

露天采场终了边坡安全等级为III 级，结合表2不同荷载组合下总体边坡要求的设计安全系数，确定露天采场边坡安全评价准则：荷载组合I 条件下，边坡安全系数FS应大于1.15；荷载组合II 条件下，边坡安全系数FS应大于1.13；荷载组合III条件下，边坡安全系数 FS应大于 1.10［3］。

2.4 稳定性分析过程

根据提供的岩土体物理力学参数和建立的不同露天采坑计算剖面模型，采用岩土边坡分析软件Slide 对露天采场的终了边坡进行稳定性分析。这里仅展示剖面II—II的计算结果，见图2。

各剖面不同荷载组合条件下安全系数计算结果见表3。

注：表中括号内为上部排土场部分的安全系数；I—I、IV—IV、V—V 剖面上方不涉及或少涉及排土场，仅计算采场边坡安全系数；III—III剖面下部露天采场边坡仅有2～3个台阶，所以仅计算排土场部分的安全系数。

从边坡稳定性计算结果可看出，设计的露天采场边坡在荷载组合I（自重+地下水）条件下，边坡不同剖面的安全系数都在1.15以上，荷载组合II（自重+地下水+爆破）条件下，边坡不同剖面的安全系数都在1.13 以上，荷载组合III（自重+地下水+地震）条件下，边坡的安全系数都在1.10 以上，均符合规范要求。需要注意排土场内单个台阶的潜在滑动和台阶部位的局部坍塌。

3 露天采场边坡安全管理措施

通过前述分析，露天采场边坡和排土场边坡均处于稳定状态，但是由于影响边坡稳定的因素众多，难以完全保证边坡的安全性。为了进一步确保矿山开采作业过程中露天采场边坡和排土场边坡的安全，可以从以下方面加强边坡的管理。

（1）边坡地表水有效管理。矿山地下水主要为松散孔隙水、岩溶水和基岩裂隙水，所有钻孔未实测到地下水位，地下水对露天采场边坡稳定影响较小。采场内部在清扫平台修筑排水沟，排出场内水。同时将边坡顶面留有一定排水坡度，避免水沿裂隙渗入到中深层滑动带，减弱岩土体的抗剪强度及抗滑力，破坏岩体的平衡状态，造成边坡中深层滑动［4］。

（2）定期维护。在生产过程中定期对边坡进行维护，清理浮石，保障边坡规整，并制定边坡滑塌事故的应急救援预案。

（3）留设宽平台作为安全防护平台。在露天采场南帮排土场削坡边坡与采场边坡分界处的2 320 m水平设置宽平台，平台宽度为30 m，平台内设置5%的反坡，并在宽平台边缘设置防滚石的防护堤，防止上部排土场滚石对下部采场的影响。

（4）建立边坡监测量测系统方案。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第19.1.1 条强制性条文规定：边坡塌滑区有重要建（构）筑物的一级边坡工程施工时必须对坡顶位移、地表裂缝和坡顶建（构）筑物变形进行监测［5］。

4 结 语

（1）根据圈定的露天采场边坡高度（170 m）、边坡危害等级（III级）综合确定采场边坡的安全等级为III级。

（2）采用Slide 软件对露天采场边坡和排土场边坡进行稳定性分析，结果表明边坡在各工况下均满足III级边坡安全系数的规范要求。

（3）可采取有效管理地表水、定期对边坡进行维护、建立矿山边坡监测系统等方法确保露天采场边坡的安全稳定，为矿山开采作业过程中露天采场边坡和排土场边坡的安全提供技术保障。