露天邊坡失穩(wěn)原因分析及預(yù)防與治理

吳 偉

(大冶有色金屬公司銅綠山礦技術(shù)科, 湖北大冶市 435101)

露天邊坡失穩(wěn)原因分析及預(yù)防與治理

吳 偉

(大冶有色金屬公司銅綠山礦技術(shù)科, 湖北大冶市 435101)

銅綠山礦露天開采時(shí),邊坡局部地段巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育,巖性較差,隨著開采的延深,邊坡暴露面積增大,暴露時(shí)間延長,所造成的邊坡開裂、塌陷及大面積滑坡,威脅著作業(yè)人員及施工設(shè)備的安全。為確保露天礦安全生產(chǎn),把事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)中,根據(jù)多年來露天礦山生產(chǎn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),通過對(duì)露天邊坡的失穩(wěn)原因進(jìn)行分析,提出了加強(qiáng)邊坡位移監(jiān)測、臨近邊坡采用預(yù)裂爆破、注漿處理邊坡溶洞和裂隙帶、削坡減載和噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)等保護(hù)邊坡、預(yù)防治理邊坡失穩(wěn)的技術(shù)措施,為礦山實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)發(fā)揮了積極的作用。

露天邊坡;滑坡治理;巖體強(qiáng)度;結(jié)構(gòu)面;節(jié)理裂隙

0 前 言

銅綠山礦區(qū)出露的地層以下三迭統(tǒng)大冶群碳酸鹽類巖層為主,其次為下白堊統(tǒng)大寺組巖層及廣泛分布的第四系地層;礦區(qū)巖漿巖分布廣泛,主要為燕山早期侵入的花崗閃長斑巖。區(qū)內(nèi)有北西西向和北北東向兩組褶皺構(gòu)造。銅綠山銅鐵礦是大冶有色金屬公司的主要骨干礦山,采用地下、露天聯(lián)合開采,地下開采對(duì)象是Ⅲ、Ⅳ號(hào)礦體;露天以第三勘探線南、北劃分為南露天和北露天開采。

北露天設(shè)計(jì)開采對(duì)象為Ⅲ號(hào)礦體,設(shè)計(jì)開采標(biāo)高為 -152 m。目前,-40 m及以上平臺(tái)已基本推進(jìn)到設(shè)計(jì)邊界,-52 m平臺(tái)北部已進(jìn)入北擴(kuò)范圍,正在邊剝離,邊采礦;-64 m平臺(tái)已開溝到位?？拥讟?biāo)高為 -70 m,距設(shè)計(jì)開采深度還差 82 m。

南露天設(shè)計(jì)開采對(duì)象為Ⅰ、Ⅱ、Ⅺ號(hào)礦體,采至標(biāo)高 -195 m水平時(shí),作為北露天內(nèi)部排土場回填?；靥罟ぷ饔杀毕蚰铣噬刃蜗蚯巴七M(jìn),為確保露天境界內(nèi)排水和井下安全生產(chǎn),南露天坑?xùn)|幫目前仍保留著一條由 -40～-88 m的安全運(yùn)輸通道以及 -88 m平臺(tái)南端原有的排水系統(tǒng)和設(shè)施,以排出未回填部分 (16線以南)水位超過 -100 m標(biāo)高的坑內(nèi)積水。

隨著北坑采至 -70 m標(biāo)高,邊坡暴露面積增大,以及南坑?xùn)|幫 -88 m以上邊坡暴露時(shí)間延長,邊坡巖體強(qiáng)度降低,破壞增加,穩(wěn)定性逐漸下降,時(shí)常出現(xiàn)大塊滾落、坍塌、甚至大面積滑坡等地壓活動(dòng),嚴(yán)重地威脅著平臺(tái)作業(yè)人員和施工設(shè)備的安全,對(duì)邊坡失穩(wěn)原因進(jìn)行系統(tǒng)分析,提出并采取與之相適應(yīng)的邊坡保護(hù)和預(yù)防治理措施,成為礦山亟待解決的課題。

1 露天邊坡工程地質(zhì)調(diào)查及災(zāi)害情況

露天邊坡通常由安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)、運(yùn)輸平臺(tái)及相應(yīng)的坡面組成,銅綠山礦邊坡目前對(duì)露天采場安全生產(chǎn)威脅最大的是南北坑的東幫邊坡及北坑的西幫邊坡。南北坑的東幫邊坡巖體分為 7組:強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長斑巖巖組、中風(fēng)化花崗閃長斑巖巖組、新鮮花崗閃長斑巖巖組、磁鐵礦礦石巖組、大理巖巖組、矽卡巖巖組、斜長石巖巖組。北坑的西幫邊坡巖體分為 5組:中風(fēng)化花崗閃長斑巖巖組、新鮮花崗閃長斑巖巖組、大理巖巖組、矽卡巖巖組、斜長石巖巖組。礦區(qū)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1、結(jié)構(gòu)面間距統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2、主要巖石力學(xué)參數(shù)見表3。

表1 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 結(jié)構(gòu)面間距統(tǒng)計(jì)

表3 巖石抗壓、抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

由于兩幫風(fēng)化巖體分布較廣,節(jié)理、裂隙較為發(fā)育,加上爆破震動(dòng),大氣降水影響,邊坡失穩(wěn)時(shí)有發(fā)生。1999年在南坑?xùn)|幫 16～20線發(fā)生大面積滑坡;2002年 7月～2003年 3月南坑?xùn)|幫 8～12線出現(xiàn)數(shù)次垮塌堵塞 -88 m運(yùn)輸通道;2003年 4月南坑先后發(fā)生了兩次邊坡滾落大塊砸鏟的重大設(shè)備事故;2005年北坑?xùn)|幫 3～7線發(fā)生坍塌,坍塌體積約1000 m3左右;2007年北坑西幫 -28～-40 m永久性公路上方一巨形巖塊 (重約 400 t)開裂,威脅著來往施工人員和大車安全 (該大塊后爆破處理);2010年 8月南坑?xùn)|幫 12～16線再次發(fā)生大面積滑坡,滑坡體積達(dá) 5000 m3,致使東幫 -40～-88 m安全運(yùn)輸通道被堵。以上種種事例說明,邊坡失穩(wěn)將給生產(chǎn)和安全帶來嚴(yán)重影響。

2 露天邊坡失穩(wěn)原因分析

2.1 巖性及結(jié)構(gòu)面

銅綠山礦露天邊坡存在有強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長斑巖、中風(fēng)化花崗閃長斑巖、新鮮花崗閃長斑巖、磁鐵礦礦石、大理巖、矽卡巖、斜長石巖。綜合表1、表2、表3,采用多種巖體分類評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析,所得結(jié)果基本一致:銅綠山礦邊坡各巖組均屬于Ⅲ類或Ⅳ類巖體,巖體質(zhì)量普遍較差,其中磁鐵礦礦石巖石致密、堅(jiān)硬,節(jié)理、裂隙不發(fā)育,此種巖石雖穩(wěn)固性較好,但其大多存在于礦體之中,邊坡分布較少;大理巖雖不易風(fēng)化,巖石較堅(jiān)硬 (巖石堅(jiān)固性系數(shù) f=10～12),但節(jié)理、裂隙較發(fā)育,因此穩(wěn)固性較差;花崗閃長斑巖、矽卡巖、斜長石巖易風(fēng)化,巖石松軟 (巖石堅(jiān)固性系數(shù) f≤3)。上述巖石相互交錯(cuò),接觸分布整個(gè)礦區(qū),巖體存在的斷層破碎帶及接觸破碎帶等結(jié)構(gòu)面都是弱面,比較破碎,易風(fēng)化。結(jié)構(gòu)面的存在,為地表水的滲入提供了良好的通道,地表水滲入的結(jié)果,使巖石和結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

2.2 大氣降水

大氣降水會(huì)沿裂隙下滲,節(jié)理裂隙中的巖石顆粒和巖體可溶解成份會(huì)被水帶走,使巖石強(qiáng)度降低,也可從地表出入溝沿運(yùn)輸坑線形成匯水沖刷邊坡,剝蝕,搬運(yùn)風(fēng)化邊坡巖層,使風(fēng)化巖接觸的大理巖相互作用的結(jié)構(gòu)力遭到破壞,因此,當(dāng)?shù)乇硭徒Y(jié)構(gòu)面聯(lián)系在一起時(shí),對(duì)邊坡失穩(wěn)的威脅似乎更大。

2.3 爆破震動(dòng)及風(fēng)化作用

露天采場內(nèi)爆破震動(dòng)所產(chǎn)生的地震波通過邊坡巖體時(shí),給巖性較差巖體的潛在破壞面以附加的振動(dòng)力,使原生結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的規(guī)模不斷增大,并產(chǎn)生次生結(jié)構(gòu)面 (爆破裂隙)。長期爆破震動(dòng)的影響,會(huì)使巖體的表面脫落,進(jìn)而影響露天邊坡的穩(wěn)定性。

邊坡暴露面經(jīng)過長時(shí)間的風(fēng)化作用,易產(chǎn)生風(fēng)化裂隙等次生結(jié)構(gòu)面,進(jìn)一步降低巖石自身強(qiáng)度,從而影響露天邊坡的穩(wěn)定性。

3 邊坡災(zāi)害的預(yù)防與治理

(1)人工巡視觀測,通過日常人工巡視檢查,從整體上了解和認(rèn)識(shí)平臺(tái)及周邊巖石的形態(tài)變化情況,尋找坡面開裂、變形、沉降等異?，F(xiàn)象。

(2)裂縫監(jiān)測,用固定標(biāo)志在裂縫兩側(cè)作標(biāo)記,測量裂縫或標(biāo)記間的寬度,獲取裂縫大小變化及速率變化的數(shù)據(jù)。

(3)加強(qiáng)邊坡位移監(jiān)測,擴(kuò)大監(jiān)測范圍,增加監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn),建立長期監(jiān)測制度,通過監(jiān)測,及時(shí)了解平臺(tái)及周邊圍巖的水平和垂直位移變化情況。

(4)露天采場永久性運(yùn)輸坑線都是單壁溝,在單壁溝坡底從出入溝自下而上砌截排水溝,將地表水分別截排至北坑 -28,-40 m水倉和南坑坑底,再由 -28,-40 m水倉和南坑坑底的排水設(shè)備排出。而運(yùn)輸坑線單壁溝的另一側(cè)則砌寬 1.5 m、高 1 m擋水墻,以削弱地表水對(duì)邊坡巖體節(jié)理、裂隙的沖刷剝蝕。

(5)地表及邊坡安全平臺(tái)產(chǎn)生較大張開裂縫時(shí),要及時(shí)進(jìn)行必要的堵塞,深部采用礫石或礦石充填,裂隙口用粘土密封。

(6)采用大孔距、小抵抗線控制爆破技術(shù)和炮孔中間隔分段裝藥爆破,即炮孔上部和下部炸藥中間用高度為 1.5～2 m的巖粉間隔,利用二次沖擊波原理降低爆破震動(dòng)。

(7)為保證露天邊坡坡面平整和提高邊坡的穩(wěn)定性,對(duì)臨近邊坡的爆破要嚴(yán)加控制。控制爆破的方法有預(yù)裂爆破、光面爆破和緩沖爆破,從減弱大爆破沖擊波對(duì)邊坡面的破壞程度看,臨近邊坡的爆破應(yīng)盡可能采用預(yù)裂爆破。

(8)采用注漿減沉技術(shù),將具有一定強(qiáng)度的水泥砂漿 (水砂比為 1:1)注入溶洞和裂隙帶,填充巖塊孔隙和離層,消除或減緩巖塊孔隙的壓實(shí)和離層的閉合,防止地表巖層的移動(dòng)和沉陷。通過注漿處理,增強(qiáng)地下松散巖體的密實(shí)性,改善因溶洞圍巖的松動(dòng)及垮落巖體的力學(xué)性態(tài),對(duì)防止地表塌陷的蔓延、確保邊坡穩(wěn)定和露天礦的安全生產(chǎn)是十分有效而且必要的。

(9)削坡減載:適當(dāng)削坡以減輕邊坡的自重荷載,降低邊坡角,防止風(fēng)化巖石的剝落,預(yù)防滑坡的出現(xiàn)。對(duì)于風(fēng)化、破碎不穩(wěn)固的巖層,削坡后邊坡角應(yīng)不大于 40°,同時(shí)對(duì)已揭露的新巖層面采用噴錨和噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),防止巖石進(jìn)一步風(fēng)化和滲水的侵蝕,實(shí)現(xiàn)露天邊坡的長期穩(wěn)固。

4 結(jié) 語

露天開采進(jìn)入深部,邊坡失穩(wěn)是露采安全生產(chǎn)工作的頭等大事,對(duì)邊坡失穩(wěn)原因進(jìn)行分析,提出并及時(shí)采取保護(hù)邊坡、預(yù)防治理邊坡失穩(wěn)的技術(shù)措施,把邊坡的失穩(wěn)控制在萌芽狀態(tài),及時(shí)消除隱患,是礦山生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的根本保證。

[1] 中國恩菲工程技術(shù)有限公司.銅綠山古礦遺址保護(hù)和北露天開采境界優(yōu)化研究[R].北京:中國恩菲工程技術(shù)有限公司,2009.

[2] 盧樹盛,辛全才,肖詩榮,等.爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定影響研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2010,30(5).

[3] 李富平,李聞杰,南世卿,等.石人溝鐵礦露天邊坡殘采后穩(wěn)定性分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2010,30(1).

[4] 唐紹輝.豐山銅礦露天邊坡穩(wěn)定性研究[J].長沙礦山研究院季刊,1989,9(3).

[5] 秦安洪,雷 濤,栗紅玉.含斷層邊坡條件下掛幫礦開采時(shí)變規(guī)律分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2011,(1).

[6] 何春林,王浩文.大寶山鐵礦露天邊坡工程地質(zhì)條件及其穩(wěn)定性分析[J].采礦技術(shù),2010,(4).

[7] 劉 靜.銅綠山礦露天減震爆破地震效應(yīng)觀測與分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),1996,16(1).

[8] 周愛民.銅綠山礦復(fù)雜條件下露天與地下聯(lián)合開采技術(shù)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),1997,17(1).

2011-06-02)

吳 偉 (1964-),男,湖南衡陽人,工程師,從事采礦工程技術(shù)研究,Email:1290246192@qq.com。