Rocscience軟件在露天礦山邊坡穩(wěn)定性中的應(yīng)用研究

劉長青 王尚勇

安徽省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院

Rocscience軟件在露天礦山邊坡穩(wěn)定性中的應(yīng)用研究

劉長青 王尚勇

安徽省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院

利用Rocscience軟件對不同礦石種類、不同邊坡參數(shù)和開采方式的露天礦山邊坡進(jìn)行安全穩(wěn)定性模擬分析，獲得露天礦山邊坡安全穩(wěn)定性的影響因素。

Rocscience軟件；露天礦山；邊坡穩(wěn)定性

一些小型露天采石場，由于盲目的追求利潤最大化，最終形成了高而陡的不穩(wěn)定邊坡。這種邊坡極易發(fā)生坍塌、滑坡、滾石等危險(xiǎn)，給礦山人員的生命安全帶來嚴(yán)重威脅［1］。本文從露天礦山的巖石種類、邊坡參數(shù)和開采方式入手，利用Rocscience軟件slide模塊對礦山的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究。

1　Rocscience軟件對邊坡穩(wěn)定性的分析

1.1軟件介紹

Rocscience軟件是加拿大的著名邊坡巖土分析軟件，主要應(yīng)用在巖土工程和采礦領(lǐng)域。該軟件可以對巖質(zhì)和土質(zhì)的地表和地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地分析，提高了工程的安全性。軟件中的Slide模塊是一款適用于土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的分析軟件，它能自動搜索到邊坡臺階，計(jì)算出邊坡最小安全系數(shù)的位置，顯示安全系數(shù)的顏色云圖。

1.2巖石特性

筆者所在的安徽省巖石種類分布較廣，如露天礦山普遍存在的石灰?guī)r，滁州鳳陽的硅巖，黃山的玄武巖、花崗巖，還有一些山脈地質(zhì)條件存在的泥質(zhì)頁巖等。不同種類的巖石，在相同的條件下，對應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)不同。

各種巖石的強(qiáng)度特性值，見表1。

表1　巖石的強(qiáng)度特性值（實(shí)驗(yàn)室測定）

1.3邊坡穩(wěn)定性分析

1.3.1巖石種類對邊坡穩(wěn)定性的影響分析

在不考慮邊坡的孔隙水壓力、地質(zhì)構(gòu)造變化和巖石結(jié)構(gòu)面等情況下，根據(jù)表1中各類巖石力學(xué)性質(zhì)，分別對石灰?guī)r、硅巖、玄武巖山坡式開采的露天礦山邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行模擬分析。邊坡參數(shù)設(shè)置：邊坡角60°，臺階高度20m。

模擬顯示該石灰?guī)r露天礦山邊坡的安全性系數(shù)為1.092，硅巖露天礦山邊坡的安全性系數(shù)為1.537，玄武巖露天礦山邊坡的安全性系數(shù)為1.368。邊坡圓弧滑動面模擬安全系數(shù)云圖及模擬效果圖分別，如圖1、2、3。

圖1　石灰?guī)r的邊坡穩(wěn)定性模擬安全系數(shù)云圖及模擬效果圖

圖2　硅巖的邊坡穩(wěn)定性模擬安全系數(shù)云圖及模擬效果圖

圖3　玄武巖的邊坡穩(wěn)定性模擬安全系數(shù)云圖及模擬效果圖

1.3.2邊坡參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性的影響分析

以石灰?guī)r邊坡為例，分別對不同臺階高度和不同坡面角的露天礦山邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

改變坡面角或臺階高度，該石灰?guī)r露天礦山邊坡臺階高度20m，坡面角30°的安全性系數(shù)為1.885，臺階高度10m，坡面角60°的安全性系數(shù)為1.376。

1.3.3凹陷式開采對邊坡穩(wěn)定性的影響分析

凹陷式開采中，由于地表水的滲入或地下水的活動影響，增大了巖石的孔隙水壓力，巖石的性質(zhì)也存在一定差異［2］。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，巖石的含水量增大，粘聚力降低，一般地下水壓可降低邊坡穩(wěn)定性的20%～30%。因此，本次模擬對邊坡的巖石分為兩個(gè)不同的屬性進(jìn)行定義。

通過軟件模擬，該凹陷式開采的邊坡的安全性系數(shù)為0.879。邊坡圓弧滑動面模擬安全系數(shù)云圖及模擬效果圖，如圖4。

圖4　凹陷式開采的邊坡穩(wěn)定性模擬結(jié)果及效果圖

根據(jù)以上不同條件下的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行模擬，其對應(yīng)的安全性系數(shù)匯總表，見表2。

表2　安全性系數(shù)匯總表

2　結(jié)論

通過Rocscience 軟件對露天礦山邊坡穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)，露天礦山邊坡穩(wěn)定性與巖石種類、邊坡參數(shù)、開采方式等緊密相關(guān)，巖石種類、采場的邊坡角和臺階高度、山坡式和凹陷式開采方式對邊坡的安全性系數(shù)都有直接的影響。巖石的種類決定著容重、內(nèi)摩擦角、粘聚力和抗拉強(qiáng)度不同，對邊坡穩(wěn)定性的影響明顯。同一種巖石，當(dāng)臺階高度一定時(shí)，邊坡角越大越不穩(wěn)定；邊坡角一定時(shí)，邊坡垂直高度越高越不穩(wěn)定。另外，因?yàn)榈乇硭臐B入和孔隙水壓力的增加，凹陷式開采的邊坡穩(wěn)定性相比山坡式開采要低很多。因此，通過加強(qiáng)對這些方面的重視程度和安全管理，可以增加邊坡的安全性系數(shù)，提高邊坡的安全穩(wěn)定性。

［1］ 姜海雷，等.小型露天采石場邊坡穩(wěn)定性分析［J］.林業(yè)勞動安全， 2006，19（3）：32-33

［2］ 李洲.巖石高邊坡穩(wěn)定性分析［J］.西南公路，2010，（3）：20-21