基于Slide 法的磨坊露天磷矿边坡稳定性分析

2024-01-07谢凡豪

山西冶金 2023年7期

谢凡豪

（瓮福（集团）有限责任公司，贵州福泉 550308）

0 引言

露天采场边坡问题一直是我国岩土工程中的热点之一，随着土木工程事业的不断发展，此课题越来越受到人们的重视[1-3]。并且国内外学者从不同角度各个层面研究并取得诸多成果。如Rose N.D.等用反速法预测了露天矿边坡的失稳[4]；PatnayakSibabrata等人采用极限平衡法、数字法对边坡稳定性进行了分析；Singh V.K.等人采用工程地质法对深凹露天矿边坡进行了设计[5]。由于采用理论计算方法分析边坡问题的计算量通常较大，因此采用计算机辅助设计的手段，更有利于减小设计的难度，提高设计效率和准确性，减轻工程设计人员负担。

Slide 软件是加拿大Rocscience 公司开发的产品，该软件使用垂直条块极限平衡分析方法（例如Bishop，Janbu，Fellenius 等方法）来分析滑动面的稳定性。它不但能计算单个已知滑面的安全系数，也可使用多种自动搜索方法来搜寻给定边坡的最危险滑动面，并且还适应于圆弧与非圆弧的画面搜索。本文采用简化Bishop 法对瓮福磷矿磨坊露天磷矿进行边坡稳定性分析，并选用Morgenstern-Price 法进行校验，验证施工图设计参数是否合理。

1 工程概况

瓮福磷矿磨坊矿位于贵州省瓮安县、福泉市境内，隶属黔南布依族苗族自治州。磨坊矿段南北长4.6 km，东西宽0.8～1.9 km，矿体展布面积2.99 km2。矿床规模为大型，工业磷矿层呈层状产出，矿层由东向西划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号三个矿体（块）。

本次开采范围为Ⅱ号矿体2—5 号勘探线内矿体，矿层顶板为白云岩，矿层直接底板为硅质岩，顶底板稳定性较好，强度较高，工程地质条件较好。矿体受断层F18 影响，将开采范围内矿体划分为南、北采区。北采区矿层倾向北西，平均倾角15°，平均厚度8.84 m；南采区矿层倾向北西，平均倾角10°，平均厚度11.73 m。矿层厚度较稳定、品位均匀，露天境界剥采比为4.03 m3/t。按照设计的露天境界，露天开采终了矿体模型如图1 所示。

图1 露天开采终了矿体模型

2 露天采场边坡参数选取

2.1 边坡受力计算分析方案

根据边坡体的地质情况，为反映边坡体在荷载条件下的稳定性，对边坡剖面的2 种工况进行受力情况分析，即工况一为自重，工况二为自重+爆破震动。

据区域地震史料，矿区及相邻地区没有发生过破坏性地震记录。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）之规定，矿区地震分组为第二组，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.1g。

2.2 安全系数限值选取

边坡稳定性计算安全系数限值一般按照运行期考虑，结合瓮福磷矿开采矿山设计经验选取安全系数限值。本次分析中安全系数限值在工况一（考虑自重）时取1.50；工况二（考虑自重和爆破震动）取1.30。若计算出的安全系数大于限值则视为边坡稳定；反之则不稳定。

2.3 边坡参数设计

露天矿采区设计的结构参数为：台阶高度10 m（3 个台阶并段，并段后终了台阶高度为30 m），台阶坡面角60°～75°，清扫平台宽度10 m，终了边坡角42°～47°（上盘）。由于矿体倾向为缓倾斜，因此下盘终了边坡角为矿体倾角。

3 边坡稳定性计算分析

3.1 计算剖面与参数选取

根据矿区工程地质条件，结合开采设计方案和矿山工程水文地质情况，共选取了2 个典型的最危险上盘边坡剖面进行分析，如图2 和图3 所示。

图2 西北部上盘典型边坡剖面

图3 西南部上盘典型边坡剖面

该矿山地质详勘报告提供了详细的岩石力学参数，但此仅为实验室数据。在工程实际中，岩体存在结构面、充水等不良地质影响，岩体强度弱于岩石强度。因此在做工程计算时，有必要对岩石力学参数做适当的工程折减[6]，以确保理论分析与计算尽量符合工程实际。

本次计算分析中使用的主要岩体的力学参数如表1 所示。

表1 工程岩体力学参数

3.2 边坡稳定性分析

根据上述计算剖面和计算参数，采用Slide 软件中简化Bishop 法对瓮福磷矿磨坊露天磷矿进行边坡稳定性分析，并选用Morgenstern-Price 法进行校验。

上盘边坡稳定性的计算结果如表2 所示。

表2 上盘边坡稳定性计算结果

西北部上盘典型边坡剖面工况一和工况二计算结果分别如图4 和图5 所示。

图4 西北部上盘边坡稳定性工况一（自重）计算结果

图5 西北部上盘边坡稳定性工况二（自重+爆破震动）计算结果

西南部上盘典型边坡剖面工况一和工况二计算结果分别如图6 和图7 所示。

图6 西南部上盘边坡稳定性工况一（自重）计算结果

图7 西南部上盘边坡稳定性工况二（自重+震动爆破）计算结果

按照终了境界上盘选取的危险边坡剖面以及采用工程折减的岩石力学性质指标，采用Slide 软件计算终了境界上盘边坡的稳定性。简化Bishop 和Morgenstern-Price 两种方法计算的安全系数，在工况一（自重）时均高于1.5，在工况二（自重+震动爆破）时均高于1.3，说明设计的终了境界区域整体边坡处于稳定状态。