锦丰金矿爆破振动对边坡稳定性的影响

罗世才

摘  要：在考虑爆破振动的影响下，本文用极限平衡法对锦丰金矿边坡进行分析，建立了锦丰金矿露天矿山台阶边坡发生平面滑动的计算模型，推导出了最不利滑面倾角和最小稳定系数的解析解。通过分析，发现锦丰金矿从高到低的台阶个数与边坡稳定系数的关系，随着台阶个数的增加，边坡稳定性减小，对工程实践有一定指导意义。

关键词：锦丰金矿；爆破影响;多台阶矿山边坡;稳定系数

锦丰金矿矿体和围岩以似层状砂岩和薄层黏土岩为主，二者的地质特征都为层状结构良好的薄层和软硬岩层互层结构，构造影响较为强烈，结构发育，砂岩半坚硬，抗水抗风化性较强，而黏土岩质软，强度低，抗水抗风化性较弱，工程地质性质差，断裂带破碎严重，透镜体发育，泥质充填，层面易错动，层间结合力差。矿体位于上下盘围岩的断裂破碎带中，比围岩更破碎、松散。岩石普氏硬度系数 ｆ＝2～5，岩石密度 2.77ｇ／ｃｍ３，单轴抗压强度 21～60MPa，泊松比0.16～0.28，弹性模量 15～109GPa，水文地质条件较简单。因锦丰金矿回采已经接近尾声，需要回采局部矿柱，但回采矿柱时，爆破对边坡有一定的影响，本文主要从两个方向来分析边坡稳定性。

1.各种参数的选取

1.1露天开采境界边坡参数的确定

根据锦丰金矿原设计说明书，鉴于露天采场实行分期开采，首期境界与最终境界的边坡参数有所不同，因而分别确定边坡参数。

1.2露采最终境界边坡参数的选择

① 边坡角的选取

锦丰公司委托了澳大利亚高达公司进行露天采场最终边坡角的选取。高达公司认为：在锦丰金矿露天采场，尽管边坡高度对边坡的稳定性影响不大，但是对于较深的、坑底标高在450m的露天坑来说，大多数边坡角都需要稍缓一些。而对于较浅的、坑底标高在560m的露天坑来说，边坡角则可稍陡一些。对于露天坑北坡，由于边坡角与边坡高度都很大，表面上看似乎不合理，但是，由于北坡是逆层边坡，所以该坡面的边坡角和高度两值均大属正常。边坡的上部应按560m坑底标高所确定的边坡参数和非稳定岩体失稳几率20%进行设计，露天坑下部的边坡角可以更大一些。基于上述研究分析，高达公司推荐并提交了最终边坡角。

② 最终境界边坡参数的选取

根据以上描述的矿床开采技术条件、矿岩物理力学性质和露天边坡的具体特征，依据矿床模型与露天采场最终边坡角、阶段高度等参数的推荐值，并综合考虑露天采场生产工艺的需要，确定露天最终境界的边坡参数为：

阶段高度：10m（2个阶段并段20m）。

终了阶段坡面角：东、南、西部为60°；北部为65°。

安全、清扫平台宽度详见表1。

1.3岩石力学参数的选取

根据《锦丰金矿露天改井工设计说明书》中的岩石力学参数得到表3中的参数。

根据锦丰金矿设计说明书计算中采用的岩体（充填体）力学参数得到表4中的参数。

2.边坡稳定性分析

2.1单边坡的稳定性分析

如图１所示，假定边坡滑面为直线，已知θ 为边坡滑面倾角，α1 为台阶边坡坡角，l 和k 分别是滑面长度和台阶坡高，γ 是岩体重度，c 和φ 分别是粘聚力和内摩擦角。

根据肖雨[1]中的边坡稳定系数的定义和力的平衡条件，考虑爆破影响下边坡的稳定系数，式中：B为爆破等效静力；B ＝KG。定义k为计算折减系数[2]。

根据锦丰金矿露天开采初步设计，一个阶段高度20米，台阶边坡角α1=65°，平台宽度取单车通过宽度a=14米，则

因此，单台阶时边坡稳定性表现为非常稳定。

2.2二阶边坡的稳定性分析

已知a１是台阶平面宽度，k１和k２分别是两阶边坡的坡高，α１ 和α２分别是两阶边坡的坡角，根据几何关系可得三角形ABC的重量[3]，如图2所示。

四边形BDEF 的重量[4]

为了求解方便，令

式中

上式就是二阶边坡最不利滑面的水平投影距离， 将其代入式（1）

即可求出二阶边坡最不利滑面的稳定系数，这个稳定系数也就是二阶边坡的最小稳定系数。同时根据几何关系θ＝arctan（h/x），可以求出二阶边坡最不利滑面的倾角θ[4] 。根据锦丰金矿实际条件，得

因此，二台阶时边坡稳定性表现出非常稳定。

2.3多阶边坡的稳定性分析

通过对比式X和F不难发现，求解出的二阶边坡最不利滑面的水平投影距离的解析解和单阶边坡的解析解相比，只是 cotα１换成了cotα１＋β[5]。对于露天矿山台阶边坡而言，为了便于施工生产，一般情况下各级台阶边坡的结构参数相同，即台阶边坡的平台宽度a１ ＝a２ ＝……＝an ＝a ，台阶边坡角α１ ＝α２＝……＝αn ＝α ，台阶高度k１＝k２＝……＝所以对多阶边坡而言，易得

根据锦丰金矿露天开采初步设计，一个阶段高度20米， 取5个阶段进行计算h=100米，n=5，台阶边坡角α1=65°，平台宽度取单车通过宽度a=14米，则

根据锦丰金矿地勘报告，金矿底部为石英岩和泥质砂岩，取比较弱的泥质砂岩进行计算，泥质砂岩粘聚力为3.69MPa，摩擦角为29°，爆破计算系数按照经验取0.012，

代入（3）式得（13）

最不利滑面的倾角

将以上两式代入F得

因此本边坡为安全边坡，在受到炮振以后不会发生垮塌。

当n=10时

X=93.2+249=342.2

通过以上分析，发现锦丰金矿边坡稳定性系数随着边坡台阶的增加逐渐变小，但都是大于1的，说明整个边坡在炮振作用下，是安全的，但随着开采深度加深，边坡岩石内聚力和摩擦角有所变化，容易造成松动，引起滑坡，所以边坡扔需及时监控，一旦发生位移，及时处理。

【参考文献】

[1] 肖雨。《爆破振动下露天矿台阶边坡的稳定性分析》，（湖北工业大学学报2022年04月刊）94-99

[2] 陈志强，王 亮 清，刘 顺 昌。岩 质 边 坡 平 面 滑 动 滑 面 极 限倾角的研究[J]．人民长江，2013，44（13）：39-42．

[3] 孙玉科。边坡岩体稳定 性 分 析[M]．北 京：科 学 出 版 社，1988．

[4]卢文波，赖 世 骧，朱 传 云。岩 石 高 边 坡 爆 破 震 动 动 力 稳定分析[J]．矿冶工程，1996（1）：3-7．

[5] 时卫民，郑颖人，叶晓明。阶梯形边坡的稳定性分析[J]．岩石力学与工程学报，2002，21（5）：698-701．

[6]马斐。爆破荷载作用下金堆城露天矿边坡稳定性研究[D]．西安：西安科技大学，2018

作者单位：桐梓县工业和能源局