大寶山邊坡治理實例分析

陳光木，黃春福

(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司， 廣東韶關(guān)市 512127)

0 工程概況

大寶山礦露天采礦區(qū)占地面積約3.5 km2，地處廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)，其中銅礦臨時邊坡位于礦區(qū)北側(cè)33～51勘探線范圍，邊坡高30～120 m，為臺階形，坡體曾經(jīng)因民窿采空區(qū)塌陷，造成臨時邊坡局部地段出現(xiàn)變形開裂現(xiàn)象。為保證礦山開采的生產(chǎn)安全，對該礦露天采場臨時邊坡的穩(wěn)定性進行了分析，并研究了邊坡治理方案。研究表明，銅礦露天采場臨時邊坡地段的巖土體可劃分為松散土體巖組、軟質(zhì)巖組及較硬～硬質(zhì)巖組3個工程地質(zhì)巖組(見表1)。

表1 臨時邊坡地段工程地質(zhì)巖組劃分

1 邊坡的空間分布特征

礦區(qū)露天采場邊坡位于漏刀山東側(cè)，坡向為NEE向，走向為NNW向，延伸長度約2 km。根據(jù)統(tǒng)計大寶山的邊坡形態(tài)大致可分為5個坡段(見表2)。

由于邊坡受到長期風(fēng)化剝蝕及采空區(qū)塌陷的影響，坡面的完整性受到一定的破壞，臺階面因崩塌、開裂變形等變得寬窄不一，局部地段的臺階因崩塌而破壞，巖石因變形開裂而松動，邊坡表面分布大量的松散塊、碎石。

2 邊坡的變形破壞特征

2.1 崩塌

(1)BT1崩塌。在臨時邊坡37線附近，因為邊坡高度較大，坡度較陡，坡頂巖土體風(fēng)化及卸荷變形的影響，在降雨、震動及人工開挖因素的作用下失穩(wěn)崩塌。

(2)BT2崩塌。在45～47線間臨時邊坡地段，720～760 m標高段的臨時邊坡720～760 m標高有4級臺階，由于臺階坡面角較陡，邊坡巖體裂隙發(fā)育，表層巖土體受巖體的節(jié)理裂隙面控制，在拉張卸荷及采空區(qū)變形的作用下，形成巖石分離塊體，在降雨、振動等因素的誘發(fā)下，發(fā)生崩塌。

2.2 滑坡

露天采場臨時邊坡地段滑坡位于礦區(qū)35勘探線附近(HP1)，滑坡地段的臨時邊坡高度40～45 m，坡向80°，坡度約50°。由于邊坡坡度較大，其破壞以崩滑方式向下滑動，滑坡體垂直位移較大，滑動后滑坡巖土體完全解體并脫離坡體，使滑床露出地表，從滑床上可見滑坡下滑的擦痕;滑坡體解體后成為塊、碎石土，呈倒石錐狀堆積于坡腳，目前大部分已被清除(見圖1)。

3 邊坡變形破壞主要影響因素分析

大寶山銅礦露天采場西側(cè)邊坡出現(xiàn)崩塌和地面塌陷現(xiàn)象，是地質(zhì)構(gòu)造、邊坡巖土體特征、邊坡空間形態(tài)特征、地表水的滲透作用及人類工程活動等多種影響因素相互作用的結(jié)果。

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

表2 銅礦露天采場臨時邊坡分段形態(tài)特征

礦山位于雪山嶂背斜的東北傾末端?；准永飽|構(gòu)造層寒武系形成強烈的緊閉褶皺，導(dǎo)致形成大寶山不對稱向斜構(gòu)造。蓋層由泥盆系等地層組成，受印支、燕山等多期構(gòu)造運動的影響，其褶皺、斷裂構(gòu)造較發(fā)育，斷裂構(gòu)造屬北東向官坪大斷裂的次級構(gòu)造。臨時邊坡地段構(gòu)造形跡復(fù)雜，受地質(zhì)構(gòu)造的影響，巖性變化大，巖體裂隙發(fā)育，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造是形成邊坡變形的主要因素之一。

圖1 HP1全貌

3.2 巖體物理力學(xué)性質(zhì)

礦區(qū)銅礦露天采場臨時邊坡由成分復(fù)雜的巖石和礦體組成，主要出露有頁巖、硫礦石、硫表礦、硅化石英砂巖、硅質(zhì)灰?guī)r、微?；?guī)r、黃銅礦、磁黃鐵礦、鉛鋅礦等，以堅硬巖石為主，局部夾有頁巖等軟巖。各種巖、礦體的性質(zhì)變化較大，物理力學(xué)性質(zhì)各異，空間分布不穩(wěn)定，導(dǎo)致邊坡物質(zhì)組成不均勻，使不同地段的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)不同。

3.3 水文地質(zhì)

水對臨時邊坡存在復(fù)雜的物理化學(xué)作用，由于大寶山礦區(qū)銅礦臨時邊坡地帶巖體及礦體中含硫量較高，在長期的風(fēng)化、氧化、降水淋濾作用下，其地下水及地表水的水化學(xué)溶解性和潛蝕能力大大加強，使邊坡巖體的風(fēng)化和破壞進程加快。

3.4 邊坡空間幾何形態(tài)

邊坡平面形狀、高度、坡度等空間幾何形態(tài)特征可影響邊坡巖土體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，平面上外凸的邊坡，由于巖體鼓出，兩側(cè)易受水平拉應(yīng)力的作用，所以穩(wěn)定性差;對于凹形坡，由于邊坡巖體表面處于二向受壓狀態(tài)，穩(wěn)定性較好。臨時邊坡高度在30～123 m，總體坡度在40°～45°之間，坡體采用分級開挖形成，對邊坡穩(wěn)定性可起到良好的控制作用。

3.5 人類工程活動

銅礦露天采場臨時邊坡在采礦開挖過程中，爆破產(chǎn)生的沖擊和震動都可引起邊坡巖體應(yīng)力的瞬時變化，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。由于該銅礦臨時邊坡開挖中多年的采掘爆破，使巖體產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，邊坡巖體的穩(wěn)定性降低。在邊坡面附近，爆破的后沖作用在邊坡上產(chǎn)生龜裂帶，在坡體表面產(chǎn)生裂隙，由于每個臺階面或多或少地受到這一影響，對整個邊坡來說客觀上存在一定的爆破松動帶，其深度范圍受爆破方式和強度的影響。這一松動帶的存在，是導(dǎo)致臨時邊坡表部巖體發(fā)生崩塌和滑坡的重要原因之一。

4 銅礦露天采場臨時邊坡治理方案

根據(jù)大寶山礦區(qū)銅礦露天采場臨時邊坡形態(tài)特征，物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)，變形破壞特征及穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合礦山開采方案，考慮如下幾種治理措施。

(1)臨時邊坡變形巖土體整體削除方案。該方案采用削除臨時邊坡體上崩塌、滑坡及采空區(qū)塌落、沉降、開裂松動等形成的松動巖土體的方式對臨時邊坡進行治理，削方范圍為37線以北，51線以南，東至臨時邊坡坡腳，西至鐵礦采場邊坡坡腳，面積約9.3萬m3，削除巖土體高度30～123 m，總方量850萬m3，預(yù)估該方案治理費用為40800萬元。

該方案基本上將整個銅礦露天采場臨時邊坡全部清除，完全消除了現(xiàn)有銅礦露天采場臨時邊坡的危害，但削除現(xiàn)有邊坡后，在其后緣將形成規(guī)模及高度更大的邊坡，并可能與鐵礦露天采場邊坡相接，從而對鐵礦露天采場邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;同時該方案實施需清除850多萬m3的巖土體，工程量巨大，施工周期可能達數(shù)年之久;投入的人力、物力、機械設(shè)備多，費用高，施工期間可能出現(xiàn)新的安全問題;工程施工需棄置大量的余土，對環(huán)境影響大。

(2)臨時邊坡全坡面削坡+修整護坡方案。該方案對露天采場臨時邊坡31線以北、51線以南的地段，從標高700 m以上的坡面按臺階高度10 m、臺階坡面角45°、安全平臺及清掃平臺寬度均為10 m進行分級削坡，共分為6～8個臺階，形成最終邊坡角約27°。在各臺階坡面上設(shè)置排水溝，臺階面間設(shè)跌水溝，以截排坡面降水，防止對邊坡的沖蝕，以保證坡面的穩(wěn)定，該方案共清除土石方約150萬m3，修建設(shè)排水溝約2500 m，削坡土方均需外運，預(yù)估治理費用7206萬元。

該方案對整個銅礦露天采場臨時邊坡坡面采取了工程措施，減緩了邊坡的臺階坡面角，增加了臺階寬度，使臨時邊坡最終邊坡角小于30°，從而增加邊坡穩(wěn)定性，削坡后其后緣不形成新的高陡邊坡，由于臺階坡面角較緩、臺階寬度較大，有利于施工的展開，施工安全易保證。該方案施工工期需2～3年，同時，產(chǎn)生大量的棄土、棄渣，對環(huán)境影響較大;同時未與礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀相結(jié)合，由于坡腳無重要的生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施，投入大量的資金將邊坡的穩(wěn)定性和安全性大幅提高，其投入產(chǎn)出效益低，經(jīng)濟效益差。

(3)臨時邊坡重點地段局部削坡+修整護坡方案。該方案結(jié)合邊坡穩(wěn)定性情況、礦山開采情況及安全生產(chǎn)實際、邊坡變形破壞特征進行布置。由于臨時邊坡地帶銅礦不再進行露天開采，坡腳人員及生產(chǎn)活動較少，對邊坡南、北兩端較穩(wěn)定的邊坡面采取清除坡面松散危石、修整邊坡臺階及平臺的措施;對邊坡中段采空區(qū)塌陷形成的缺口地段的邊坡采取重新修整，改變邊坡的平面形態(tài)使坡面呈弧形，以調(diào)整邊坡的應(yīng)力狀態(tài)，增加邊坡的穩(wěn)定性;700 m高程以上邊坡按10 m高臺階削坡，臺階坡面角45°，兩端與原邊坡相接地段坡度逐漸過渡銜接，安全平臺及清掃平臺寬度為10 m，與原邊坡平臺接合部位寬度漸變相接;對39～41線間的塌陷嚴重變形區(qū)，增加標高740 m、750 m的平臺寬度至40 m，以削除臨時邊坡塌陷缺口地段及兩側(cè)坡面的松散危石，同時兼顧治理邊坡南側(cè)崩塌及滑坡，在臨時邊坡坡腳設(shè)置緩沖平臺。對標高700 m及以下的邊坡平臺采取局部修整及回填，貫通700，690，680 m平臺，形成完整的階段邊坡及臺階，設(shè)計臺階高度10 m，臺階坡面角填方區(qū)為40°，清方區(qū)為45°，臺階寬度不小于15 m。各臺階面上設(shè)置排水溝，臺階面間設(shè)跌水溝，以截排坡面降水，防止對邊坡的沖蝕，以保證坡面的穩(wěn)定，該方案需清除土石方約53萬m3，其中回填土石方約15萬m3，外運土石方約38萬m3，修排水溝約2500 m，預(yù)估治理工程費用為2536萬元。

該方案結(jié)合了銅礦臨時邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)和邊坡局部可能產(chǎn)生小規(guī)模崩塌、滑坡的特點，且坡腳沒有礦山的生產(chǎn)活動，無重要的生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施，有針對性地對臨時邊坡變形破壞嚴重的地段進行治理。通過修整和加固坡面，清除臨時邊坡體上的松散危石，加寬和連通坡腳平臺，增加邊坡的穩(wěn)定性，設(shè)置了邊坡崩塌、滑坡的緩沖區(qū)，提高了邊坡的安全性。該方案治理工程在1 a內(nèi)可能完成，其施工其期相對較短、見效快，投入的人力、物力及機械設(shè)備相對較小，治理費用相對較低，棄土棄方量較小，對環(huán)境影響小。

(4)設(shè)置安全禁區(qū)方案。該方案針對銅礦露天采場邊坡目前無礦山開采活動的特點，將臨時邊坡地帶設(shè)為安全禁區(qū)，將臨時邊坡變形破壞范圍及邊坡失穩(wěn)變形可能影響的地段列入禁區(qū)，并在禁區(qū)外圍設(shè)置鐵絲網(wǎng)進行封閉，嚴禁無關(guān)人員進入。設(shè)置范圍北起51線、南到312線，東至臨時邊坡坡腳，西至鐵礦采場北端坡腳，總面積約12.5萬m2，設(shè)置鐵絲網(wǎng)長度約1700 m，預(yù)估治理費用約90萬元。

該方案投入的人力、物力少，見效快，不產(chǎn)生棄土棄渣，對環(huán)境影響小，但其采取的是一種被動和回避的方式處理銅礦露天采場臨時邊坡的安全問題，未對邊坡的穩(wěn)定性和安全性有任何的改善，導(dǎo)致邊坡安全問題將長期存在，對礦山今后的發(fā)展不利。

綜上所述可見，方案一工程量巨大，施工周期長，費用投入高，對環(huán)境影響大，產(chǎn)生新的邊坡安全問題，在該銅礦露天采場臨時邊坡治理中不宜選用，可結(jié)合今后礦產(chǎn)資源開發(fā)情況，逐步進行實施;方案四雖然投入少，對環(huán)境影響小，但是以犧牲臨時邊坡穩(wěn)定安全及礦山的長遠發(fā)展為代價，也不宜采用;方案二安全性較高，但坡腳沒有礦山生產(chǎn)活動，無重要的設(shè)施和設(shè)備，其投入的工程量大，費用高，施工周期長，對環(huán)境影響較大，綜合效益較差;方案三充分考慮了大寶山礦區(qū)銅礦臨時邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡下無重要的設(shè)施和設(shè)備，無人員的特點，重點解決邊坡表面的局部變形破壞問題，可保證邊坡的安全;同時其工程量相對較小，施工周期較短，可在1 a內(nèi)完成，綜合比較該方案的社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益等指標較其它方案高，因此，推薦采用方案三臨時邊坡重點地段局部削坡+修整護坡方案對大寶山礦區(qū)銅礦露天采場進行臨時邊坡治理。

5 結(jié)論

根據(jù)巖土體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其堅硬程度，分析邊坡的破壞特征、邊坡的破壞方式以及產(chǎn)生破壞的原因。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)大寶山礦區(qū)銅礦露天采場臨時邊坡形態(tài)特征，物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì)，變形破壞特征及穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合礦山開采利用方案，提出了可選的4種邊坡治理方案，經(jīng)過對安全性、社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益及施工工期等多因素比選后，推薦采用方案三臨時邊坡重點地段局部削坡+修整護坡方案進行大寶山礦區(qū)銅礦露天采場臨時邊坡治理。

［1］深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司.廣東省大寶山礦區(qū)銅礦露天采場臨時邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案研究報告［R］.2006.

［2］手冊編寫組.采礦設(shè)計手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987.

［3］孫玉科.中國露天邊坡穩(wěn)定性研究［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［4］王恭先，徐峻嶺，等.滑坡學(xué)及滑坡防治［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［5］徐邦棟.滑坡分析與防治［M］.北京:中國鐵道出版社，2002.