基于加權(quán)比較法的某礦設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性評估

劉 理 想

(中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，山西 交城 030500)

W=(Pi/∑Pi)×100%

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基于加權(quán)比較法的某礦設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性評估

劉 理 想

(中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，山西 交城 030500)

以石山上一礦為例，采用加權(quán)比較法按照評估因子的選擇、評估因子的量化、設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性分級、評估單元得分計算方法的流程定量評估設(shè)計采場邊坡的穩(wěn)定性，得出石山上一礦一采區(qū)設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性較差的結(jié)論，對定量評估類似礦山設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性具有一定的參考價值。

加權(quán)比較法，定量評估，設(shè)計采場邊坡，穩(wěn)定性

1 礦山基本情況

山西福龍水泥有限公司石山上一礦位于柳林縣城54°方向，直距7.6 km處的于家溝村—石山上村一帶，行政隸屬于柳林縣柳林鎮(zhèn)管轄。

山西福龍水泥有限公司石山上一礦為新建水泥用石灰?guī)r礦，礦區(qū)面積0.681 7 km2。礦區(qū)范圍內(nèi)保有資源儲量4 430萬t。開采方式為自上而下水平分臺段機(jī)械化山坡露天開采，設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/年，礦山設(shè)計服務(wù)年限41.01年。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

1)地層。礦區(qū)大部被第四系黃土覆蓋，出露的地層由老至新有奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組、上馬家溝組，第四系上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)，由老到新分述如下：

a.奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組三段(O2x3)。

巖性中下部為褐黃色泥灰?guī)r，下部為致密狀灰?guī)r夾角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r，厚度30.50 m～58.96 m。

b.奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組(O2s)。

第一段(O2s1)。

出露于礦區(qū)中南部的溝谷中和東部的半山坡上。巖性為厚層褐黃色泥灰?guī)r，其中夾有白云質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r，易風(fēng)化為土狀。厚度46.00 m～61.40 m，平均厚度56.60 m。

第二段(O2s2)。

出露較廣泛，多分布于山梁、山坡及溝谷中。

底部為豹皮灰?guī)r、致密狀灰?guī)r、白云巖等，厚度5.17 m～24.8 m，平均厚度18.24 m。

中部為礦體，巖性為致密狀灰?guī)r，含生物碎屑灰?guī)r，含豹皮灰?guī)r。厚度15.60 m～68.90 m，平均厚度35.73 m。

上部為豹皮灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚度2.10 m～39.60 m，平均17.50 m。

c.新生界第四系。第四系上更新統(tǒng)(Q3)，礦區(qū)內(nèi)廣泛分布于山梁之上，由黃色亞砂土組成，厚度2.00 m～50.00 m，平均20.25 m。

第四系全新統(tǒng)(Q4)，巖性主要為沖洪積物主要分布在大溝底部，為黃土、砂、碎石等。厚度1.50 m～5.30 m。

2)構(gòu)造。

地層總體傾向為北西、西，傾角一般為4°左右的單斜地層。局部為舒緩波狀。區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育。

本區(qū)為地層產(chǎn)狀平緩，構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單的礦區(qū)。

3)巖漿巖。

礦區(qū)內(nèi)未見有巖漿巖體出露。

2.2 礦體地質(zhì)特征

1)礦床特征。

區(qū)內(nèi)水泥用石灰?guī)r礦床主要賦存于奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組二段地層中，呈厚層狀產(chǎn)出。礦體南北長0.925 km、東西寬0.325 km～0.74 km。本礦床為厚度穩(wěn)定、構(gòu)造簡單的水泥用石灰?guī)r沉積礦床。

2)礦體規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀。

礦體產(chǎn)狀大體上向西、北西西傾，傾角4°左右，局部產(chǎn)狀傾向呈多樣性，但總體上為單斜構(gòu)造。局部起伏幅度一般在10 m～25 m。

礦區(qū)內(nèi)賦存礦體平均厚度為40.48 m，因礦體中夾石一層厚度3 m～7.90 m，平均5.45 m，因底板中的豹皮灰?guī)r相變?yōu)楹せ規(guī)r，使礦體厚度變大，在小山梁至山坡處剝蝕的多，礦層上部，甚至下部的也受剝蝕致使礦層厚度減小乃至全被剝蝕。

總體看，礦體厚度穩(wěn)定性較好。

a.礦體標(biāo)高最高點1 100 m，最低點980 m；b.礦體頂?shù)装寮皧A石。

礦體的頂板為豹皮灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，厚度一般為3.50 m～17.50 m；礦體的底板為豹皮灰?guī)r，白云巖；礦體中一般含有一層夾石，一般厚度3 m～7.90 m，巖性為豹皮灰?guī)r。

3 設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性定量評估

3.1 設(shè)計采場邊坡特性

根據(jù)《開發(fā)利用方案》礦體開采分三個采區(qū)，本文只對一采區(qū)形成的采場邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評估，二三采區(qū)可參照一采區(qū)進(jìn)行評估。

一采區(qū)形成的采場邊坡：巖性為致密狀灰?guī)r、白云巖，地層產(chǎn)狀96°∠4°，節(jié)理裂隙較發(fā)育。強(qiáng)風(fēng)化層厚度2 m～3 m。基巖表層殘積土層厚度3 m～6 m，主要為碎石質(zhì)黃色亞砂土。自然斜坡坡高130 m，坡度22°，坡向38°。切坡高度128 m，長815 m，切坡坡度51°，坡向184°，切坡面巖性主要為致密狀灰?guī)r、白云巖。

3.2 評估因子的選擇

根據(jù)滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范(DD 2008—02)要求，在前人研究的基礎(chǔ)上，選定設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性評估的評估因子，包括斜坡坡度、斜坡高度、切坡高度、切坡坡度、斜坡結(jié)構(gòu)類型、裂隙發(fā)育程度及巖體結(jié)構(gòu)類型、軟弱夾層、強(qiáng)風(fēng)化帶厚、殘坡積厚度等。

3.3 評估因子的量化

本文采用提取各評估因子的特征值，后根據(jù)特征值所占比重求得評估因子權(quán)重的方法來確定各因子在評估中的權(quán)重，采用的公式如式(1)所示：

評估因子權(quán)重按下式計算：

W=(Pi/∑Pi)×100%

(1)

其中，W為評估因子權(quán)重值；Pi為評估因子特征值；∑Pi為各評估因子特征值之和。

由各影響因子特征值，可求得設(shè)計采場邊坡的參評因子賦值。

3.4 設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性分級

針對一采區(qū)形成的采場邊坡，對各評估因子進(jìn)行打分，再采用加權(quán)平均的方法進(jìn)行綜合打分，按得分從高到低分為三級，分別為：穩(wěn)定性差，穩(wěn)定性較差，穩(wěn)定性好。評估單元的得分值與對應(yīng)的穩(wěn)定性等級。

3.5 評估單元得分計算方法

本文采用以下公式計算評估單元的綜合得分：

(2)

其中，R(j)為第j單元的綜合得分；Fi為第i個參評因子的等級指數(shù)；Wi為第i個參評因子的權(quán)重值；n為參評因子的個數(shù)。

3.6 評估單元的評估結(jié)果

根據(jù)一采區(qū)形成的采場邊坡參評因子的基本特征，采用式(2)對一采區(qū)形成的采場邊坡的穩(wěn)定性評估進(jìn)行計算。

4 結(jié)語

本文以石山上一礦為例介紹了石山上一礦的基本情況和地質(zhì)環(huán)境背景。采用加權(quán)比較法對石山上一礦一采區(qū)設(shè)計的采場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了定量評估。通過介紹評估因子的選擇、評估因子的量化、設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性分級、評估單元得分計算方法，明確了使用加權(quán)比較法定量評估設(shè)計采場邊坡穩(wěn)定性的過程。為地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制人員定量預(yù)測評估斜坡穩(wěn)定性提供了一定的經(jīng)驗參考。

[1]李東林，宋 彬.地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評價[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2013.

[2]常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]DZ 0238—2004，地質(zhì)災(zāi)害分類分級[S].

[4]DZ/T 0097—1994，工程地質(zhì)調(diào)查規(guī)范(1∶5萬～1∶2.5萬)[S].

[5]DZ/T 0219—2004，巖土體工程地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]DZ/T 0223—2011，礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制規(guī)范[S].

Estimation on the mine design pit slope stability on the basis of weighted comparison approach

Liu Lixiang

(ChinaMetallurgyGeologyHeadquarter3rdGeologySurveyInstitute,Jiaocheng030500,China)

Taking Shishanshang mine No.1 as an example, the paper applies weighted comparison approach and carries out quantitative estimation for the design pit slope stability according to estimation factor selection, estimation factor quantization, design pit slope stability grading and estimation unit mark and other calculation methods, and finally concludes that: the design pit slope stability of Shishanshang mine No.1 mined area No.1 is relatively bad, which has certain guiding value for quantitatively estimating similar mine design pit slope stability.

weighted comparison approach, quantitative estimation, design pit slope, stability

1009-6825(2015)18-0087-02

2015-04-19

劉理想(1988- )，男，助理工程師

TU413.62

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