露天采场高陡边坡治理方案研究与应用

郁 平 任 浩

(河北钢铁集团矿业有限公司庙沟铁矿，河北 秦皇岛 066501)

0 引言

某大型露天矿山在采场内部南帮台阶上留设了一条永久运输道路，但道路边坡高度大，坡度陡，近期受地层岩性及地表水冲蚀影响，边坡稳定性较差，道路路面逐渐变窄，不能满足行车要求，且存在较大安全隐患。针对此安全隐患，为保障采场安全及道路运输正常使用，需对道路内侧高陡边坡进行灾害治理，本次治理主要目的就是解决边坡灾害问题。通过对高陡边坡进行挂网喷坡、泄水等综合治理，保证永久运输路在服务年限内安全使用。

1 项目建设的背景及必要性

1.1 项目建设的背景

露天采场南边坡长约510 m，最大高度276 m，大致可分为10级台阶，阶段边坡角50°～60°，台阶宽度4～10 m，总体坡角约48°，东南部坡顶612 m和564 m平台修建有排水沟。

该运输道路位于矿山露天采场南部边坡中上部，东起排土场西端，西至炸药库，标高580～604 m，大部分安全平台宽度5～8 m，部分地段仅3～4 m，是矿山目前通往炸药库的唯一通道。运输道路全长870 m，挖方岩质路基，碎石柔性路面，纵坡坡度一般在8%以下，局部地段超过10%，靠近炸药库590 m标高以上路段纵坡坡度达13%。

1.2 项目建设的必要性

露天采场南边帮受岩石结构及地表汇水影响，导致边坡不断崩塌垮落，路面不断变窄，现道路最窄处仅有3 m，运输车辆通行十分困难。

道路下方边坡坡度较大，局部不满足矿山边坡安全坡角留设要求，在上部运输车辆荷载作用下，存在严重的塌方、滑坡等地质灾害。道路上部边坡由于岩性特征和地表水冲刷影响，频繁崩塌掉块，堆积在道路上，严重威胁道路车辆行人安全。

此条运输路是矿山通往炸药库的唯一通道有发生地质灾害的安全隐患，直接会给矿山安全生产和经营带来严重的不良影响，因此，对露天采场南部的道路边坡进行灾害治理是十分必要和紧迫的。

2 工程地质条件及边坡稳定性分析

2.1 边坡水文地质条件

露天采场经过近30年的开采，南北长约1 360 m，东西宽180～500 m，是深314 m的露天大采坑，采坑有11个台阶，目前坑底最低标高为372 m，坑内旱季没有积水。目前，矿山在南部564 m水平建排水沟，截流露天圈上游的径流水，矿山在420 m水平均修建排水沟，地表采坑降水均可排出地表，采坑内安装有排水设备，雨季降入采坑内的水均可排出。南部边坡水系发达(冰沟汇水面积约1.2万m2)，岩石裂隙透水较为严重，主要是因为此处岩石多为角闪变粒岩，少处变质岩风化，裂隙发育，风化深度 20～50 m，不同岩类导致风化裂隙及透水情况不同，透水主要补给来源为大气降雨，以径流方式随地势由南向北汇流。

2.2 边坡稳定性分析

治理区域边坡岩性主要为卵石层、角闪变粒岩、花岗岩等。边坡岩石经长时间风化及爆破震动影响，角闪变粒岩较为破碎，裂隙十分发育，在降雨、爆破影响下极快速风化，经常出现崩塌破坏。卵石层含土较多，坡面软化严重，现状已被水流冲刷破坏；强风化角闪变粒岩因为裂隙发育较好，岩石强度严重受影响，现状已发生塌落现象；中风化角闪变粒岩和花岗岩岩体目前岩石硬度较好，边坡坡面破坏不严重。露天边坡分区域治理见图1。

图1 露天边坡分区域治理现场图片

3 边坡治理方案

边坡治理方案研究总体理念是在资金投资、施工安全性、操作工艺可行性等方面做到最优。边坡治理主要内容主要是对588 m运输道路进行取直、硬化，对588 m道路上部边坡进行治理，在边坡局部修建截水沟和排水沟。

3.1 方案拟定

该项目最核心和关键的内容是保障炸药库连接路的安全畅通，拟定了两个备选方案：①连接路改用隧道方案；②柔性主动防护网+锚杆格构梁护坡方案。

3.2 方案设计

3.2.1 连接路改用隧道方案

主要建设内容为挡土墙砌筑、隧道开挖、隧道支护、洞口洞门砌筑、路面工程、锚杆格构梁护坡工程。

1)挡土墙砌筑。布置在露天采场东南部边坡590 m平台，长度119 m，底宽1.0 m，顶宽0.5 m，高度3～20 m，基础埋深0.3 m，采用M7.5浆砌石，M10砂浆勾缝，底部每5 m设排水孔，每隔20 m设一道伸缩缝，缝内嵌填沥青处理松木条，见图2。

图2 浆砌石挡墙断面示意图

2)隧道开挖。根据矿山通行车辆，检修道的宽度取J1=J2=1.20 m，检修道高度h=0.5 m。设检修道时，不设余宽，即C=0。取行车道宽度W=3.75 m×2=7.5 m，侧向宽度为LL=LR=1.00m；建筑限界顶角宽度为EL=ER=1.00 m，隧道长190 m，见图3、4。

图3 隧道断面示意图

故：隧道限界净宽为11.9 m；

其中：行车道宽度：W=3.75 m×2=7.5 m；

侧向宽度为：LL=LR=1.00m；

检修道宽度：J1=J2=1.20m；

内轮廓形式：单心圆：R=7 m；

净高：7 m；

净宽：12 m；

向外取衬砌厚度0.5 m，则：隧道开挖宽度Bt=13 m，隧道开挖高度Ht=7.5 m。

3)隧道支护。采用锚喷支护，锚杆采用水泥砂浆全长粘结锚杆，规格22×2 500 mm，间距1.0～1.5 m，锚喷混凝土厚度120 mm，选用C30混凝土；钢筋网：局部Φ25mm×25mm。

4)洞门砌筑。采用翼墙式洞门，将其粗料石，洞口明洞段边、仰坡采用土锚喷混凝土防护。

图4 翼墙式洞门示意图

5)路面工程。道路总长约900 m，宽7.0 m，路基为基岩，采用C30混凝土浇筑面层，厚度21 cm。

6)锚杆格构梁护坡工程。需在隧道东出口614 m平台以东道路边坡进行锚杆格构梁加固，格构梁在坡面呈菱形布置，坡顶顶梁截面，400 mm×400 mm，主梁间距2.0 m×2.0 m，截面300 mm×300 mm，副梁截面200 mm×200 mm，螺纹钢筋框架，C25混凝土浇筑。

3.2.2 柔性主动防护网+锚杆格构梁护坡方案

主要建设内容为挡土墙砌筑、锚杆格构梁护坡、主动防护网护坡、路面工程。

1)挡土墙砌筑。布置在露天采场东南部边坡590 m平台，长度119 m，底宽1.0 m，顶宽0.5 m，高度3～20 m，基础埋深0.3m，采用浆砌石、砂浆勾缝(M10)，底部每5 m设排水孔，伸缩缝间隔设置为20 m，沥青松木条作为缝内嵌填物，与隧道方案挡墙位置、规格一致。

2)锚杆格构梁护坡。南部运输路下一台阶水平设置锚杆格构梁进行加固，格构梁在坡面呈菱形布置，坡顶顶梁截面，400 mm×400 mm，主梁间距2.0 m×2.0 m，截面300 mm×300 mm，副梁截面200 mm×200 mm，螺纹钢筋框架，C25混凝土浇筑。

3)主动防护网护坡。现有580～600 m炸药库连接路以上的边坡采用柔性主动网护坡，坡面总面积约35 597 m2。

4)路面工程。道路总长约900 m，宽7.0 m，路面为基岩，采用C30混凝土浇筑面层，厚度21 cm。

将￠16纵向支撑绳和￠16横向支撑绳分成4.5 m正方形模式，联结2 m至3 m长的锚杆，在每网4.5 m×4.5 m处铺设D0/08/300型的钢绳网，尺寸为4.0 m×4.0 m。每个网眼通过缝合线和预紧线与周围的支撑绳连接。为了提高岩土体表层的稳定性，防止崩塌和落石等危险的发生，在预紧过程中在边坡表面施施加一定的方向预紧压力。与此同时为了防止小块岩块的塌落，可以在钢绳网下铺设Φ2.2mm×50mm小孔网，见图5、6。

图5 钢丝绳平面布置图

图6 代表性断面图

3.3 建设方案比选

3.3.1 建设方案经济比选的原则

1)方法科学。凡进行经济分析的项目，主要应依据经济分析的数据来进行方案经济比选。方案经济比选应以动态分析方法为主。在对投入和产出进行经济比较时，必须考虑资金时间价值的影响。

2)方案可比。方案经济比选应注意各个方案之间的可比性。

3)口径一致。比较的范围和时间要一致，研究深度相同，计算基础资料可比，选用的方法和指标要一致，效益和费用计算口径要一致。

3.3.2 比选结论

连接路改隧道方案治理费用相对较低，但隧道施工难度相对较大，开挖时间较长，且隧道距边坡距离较近，爆破施工会对边坡稳定性造成危害。其次，道路路线为先上坡再下坡，对车辆日常损耗相对较大。

柔性主动防护网+锚杆格构梁护坡治理费用相对较高，但全部为地表施工，施工相对简单，工程实施后会永久解决露天采坑南边坡安全隐患。

经过比较，推荐采用柔性主动防护网+锚杆格构梁护坡方案。

5 结语

矿山属露天转井下开采非金属大型矿山，炸药库服务年限较长，本项目投资建设以保障露天边坡上留设的唯一通往炸药库的运输道路及露天采坑安全、改善矿山地质环境为直接目的，符合矿山规划建设要求。矿山已于2021年按照本文研究设计方案对地质灾害区域进行了综合治理，通过划分区域实施不同治理办法的整体方案，达到了最初设计理念中要求在经济上资金投资最少、安全性高、工程可实施性强的总体思路要求。经过整体治理后，保障运输道路的安全通行，为矿山安全生产奠定了基础，此项工程获得应急管理中心批复的关于露天采场高陡边坡综合治理专项资金160万元。该项目响应习主席对生态环境的治理要求，在一定程度上完善矿山整体规划，美化矿山环境，减少道路扬尘污染，实现绿水青山，社会效益和环境效益显著。