凹山采場南幫-90～-135 m邊坡塌方治理

朱末琳

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

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凹山采場南幫-90～-135 m邊坡塌方治理

朱末琳

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

南山礦業(yè)公司凹山采場南幫-90～-135 m邊坡發(fā)生塌方，而-75 m臺階及以下臺階均為采場汽車運(yùn)輸?shù)难屎硪溃绻麑υ撎幓麦w處理不當(dāng)，使滑坡向上延展，將造成-75 m臺階道路的中斷，嚴(yán)重影響礦山的正常生產(chǎn)運(yùn)輸；同時，如果不處理滑坡體，勢必造成下部修改設(shè)計開采境界，產(chǎn)生壓礦問題。在對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、滑坡原因分析的基礎(chǔ)上，從削坡、錨索設(shè)計、縱橫連續(xù)梁設(shè)計、鋼軌樁工程、排水措施等方面介紹了加固方案。

邊坡塌方治理

南山礦凹山采場南幫邊坡滑坡體位于-90～ -135 m，該處邊坡在-75～-90 m發(fā)生局部的滑動后，經(jīng)簡易處理形成-75～-90 m的光面邊坡(邊坡角50°左右)，之后在-90 m平臺發(fā)現(xiàn)有裂縫，因采裝滑坡體礦石遮蓋了表面的裂縫。該處邊坡下方-120～-135 m臺階實(shí)施靠幫爆破作業(yè)，同時受降雨的影響，發(fā)現(xiàn)-90m以下邊坡發(fā)生滑坡，走向長度70 m左右，-90 m臺階根部明顯錯動，兩側(cè)形成張拉裂縫，縫寬10～50 cm，-90 m臺階上裂縫錯落分布形成臺階陡坎，-90～-105 m臺階已明顯下沉，臺階前緣下沉量約30～150 cm，下部-105、-120 m安全平臺寬度不足5 m。-90～-120 m到-135 m已形成了滑坡松散體，-90～-135 m坡面角34°左右。

由于該部位邊坡-75 m臺階及未來-150 m臺階均為采場汽車運(yùn)輸?shù)难屎硪?，若該處滑坡處理不?dāng)，將使滑坡向上延展，造成-75 m臺階道路的中斷，嚴(yán)重影響礦山的正常生產(chǎn)運(yùn)輸；若該滑坡體不處理，開采境界就必須修改，壓礦問題就不可避免。因此，須采取合理、有效的措施對該部位滑坡體實(shí)施綜合治理，以達(dá)到安全可靠，效益最大化。

1　區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

凹山礦區(qū)位于淮陽山字型構(gòu)造前弧東翼轉(zhuǎn)折部位，寧蕪斷陷盆地中段。寧蕪斷陷盆地以中基性火山活動和斷塊構(gòu)造為其特征。伴隨著構(gòu)造運(yùn)動，本區(qū)巖漿活動十分強(qiáng)烈，形成了一系列火山巖、次火山巖及侵入巖。本區(qū)的褶皺構(gòu)造主要為燕山運(yùn)動早期形成的由前火巖系地層組成的褶皺和形成于燕山運(yùn)動晚期由火山巖系組成的褶皺。前者規(guī)模較大，后者規(guī)模較小。寧蕪火山巖盆地是一個斷陷型盆地。盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，但由于火山巖和第四系覆蓋，在地表常表現(xiàn)得不很清晰。構(gòu)成盆地邊界和內(nèi)部構(gòu)造骨架的斷裂主要為北北東—近南北向的縱向基底斷裂和北西向的橫向基底斷裂。凹山礦區(qū)位于火山穹隆的北部，斷裂構(gòu)造發(fā)育，它的形成和發(fā)展都受到區(qū)域北北東向及北西向深斷裂的控制，并表現(xiàn)為它們的次級構(gòu)造。

2　滑坡原因分析

由于露天采場深度的不斷增加，形成了一個個高差近15 m的陡坎，使原呈閉合型的2組X型剪切裂隙，特別是走向近NW向的裂隙，由于一側(cè)失重，裂隙壁間內(nèi)聚力降低，裂縫逐漸張開，開采中易形成滑動的軟弱面。具體原因是：①凹山采場南幫開采邊坡面與剪裂隙傾向基本一致，裂隙的傾角主要在42°～50°；②滲入裂隙的雨水不能及時排出，裂隙的飽水狀況使裂隙壁間的內(nèi)聚力降低；③采場平均邊坡角為42°，陡峻的邊坡及爆破震動使原呈平衡狀態(tài)的裂縫逐漸張開，滑坡體易于剪出向下滑動。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，-75～-90 m邊坡已形成光面邊坡，邊坡走向呈拱形，從東向西節(jié)理面產(chǎn)狀150∠410～420至3 500∠450～460。受大氣降水及靠幫作業(yè)的影響，-90 m臺階明顯錯落沉陷，形成一系列羽狀張拉裂縫，縫寬10～50 cm，滑坡體東側(cè)形成近垂直于邊坡走向的張裂縫，縫寬1～3 m。-90～-120 m到-135 m已形成了滑坡松散體。

3　加固方案

3.1削坡

削坡參數(shù)：坡面角36°，階段高度15 m，分別在-120、-105和-90 m標(biāo)高處留置5 m寬臺階，按此尺寸放坡至-75 m臺階。

3.2錨索設(shè)計

(1)單根錨索極限承載力

(1)

式中，n為鋼絞線根數(shù)，根；S為每束鋼絞線折算面積，mm2；[σ]為每束鋼絞線設(shè)計強(qiáng)度，N/mm2。

擬采用φj15(7φ5)鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 720 N/mm2，設(shè)計強(qiáng)度為1 220 N/mm2，則每根錨索的極限承載力

P1=1 416kN

(2)砂漿與錨索間的握裹力

(2)

式中，Le為錨索有效錨固段長度，m；d為錨索換算直徑，m；τ2為鋼絞線與砂漿間抗剪強(qiáng)度，MPa，一般按τ2=kR(R為砂漿極限抗壓強(qiáng)度，k取0.5～0.55)選取，由于其與施工時的注漿質(zhì)量緊密相關(guān)，因此施工時，由現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)而定。

本次設(shè)計按M20砂漿考慮，τ2取0.8 MPa，有效錨固段Le=8.0 m,則單根錨索的極限握裹力

P2=2 414kN

(3)砂漿同孔壁的摩阻力

(3)

式中，D為鉆孔直徑，150 mm；Le為有效錨固段長度,m，本次取8.0 m；τ3為砂漿與孔壁的粘聚力，MPa，本次取τ3=0.4 MPa(施工時，由現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)而定)。則摩阻力

P3=1 506kN.

根據(jù)相關(guān)錨固規(guī)范，錨索(桿)安全儲備取K=2，且一般來說，P1，P2不控制錨索設(shè)計，只起校核作用，錨索與孔壁的摩阻力P3是3者中最小的值，因此取P3參與錨索設(shè)計，單根錨索可提供的錨固力

P′=753kN

(4)錨固力提供的抗滑阻力

(4)

式中，P為錨固力，kN；Pn為錨固力沿滑面的法向分量，kN；Pt為錨固力沿滑面的方向分量，kN；α為滑面傾角，取20°設(shè)計；θ為錨索與水平方向的夾角，取15°設(shè)計；φ為底角減出口處巖體的內(nèi)摩擦角，取28°設(shè)計。

P取750 kN，則有

Fp=(0.305 0+0.819 2)×750kN=843.15kN

為了安全考慮，將這部分增量作為安全儲備，仍取單根錨索750 kN滑面方向的抗力進(jìn)行設(shè)計。

(5)錨索根數(shù)

(5)

式中，P為總剩余下滑力，kN；P′為單根錨索提供的抗滑力，kN；n為需布設(shè)的錨索根數(shù)，根。

3.3縱橫連續(xù)梁設(shè)計

由于臺階巖性較松散軟弱，為了使坡面受力均勻，考慮設(shè)置縱橫連續(xù)梁。

(6)

式中，λ=0.45～0.7；P0為錨索軸向設(shè)計應(yīng)力，kN。單位載荷

(7)

式中，h、l為錨索縱橫梁間距,m。

按簡支梁受力考慮，彎矩

(8)

均布荷載

(9)

設(shè)計C20砼澆注，鋼筋選用φ25螺紋鋼筋，則fck=13.4 N/mm2，f0=9.5 N/mm2，fy=300 N/mm2，設(shè)計梁截面b×h=400 mm×400 mm，h0=425 mm。系數(shù)as=0.303，查表得γ=0.815,則受拉鋼筋面積

受壓側(cè)考慮構(gòu)造要求，配置2根φ12鋼筋，同時按構(gòu)造要求配置箍筋φ8@200，沿梁通長配置。

3.4鋼軌樁工程

在縱橫梁體根部設(shè)置鋼軌樁工程，一方面增加穩(wěn)定性，另一方面作為梁體的支撐。鋼軌樁長度 3 m，孔徑150 mm。

3.5排水措施

在加固區(qū)范圍內(nèi)，雖然坡體內(nèi)地下水位較深(各鉆孔均為干孔)，但需做好邊坡地表水的排泄，修筑排水溝、截水溝。

原設(shè)計-135m臺階保持不變，從-135m臺階坡腳按36°坡面角向上放坡，在-120m和-112.5m標(biāo)高處分別留置5m和2m寬平臺，其臺階高度分別為15m和7.5m，從-112.5m平臺坡腳按42°坡面角向上放坡，在-105m和-90m標(biāo)高處分別留置5m寬平臺，在-97.5m和-82.5m標(biāo)高處分別留置3m寬平臺，其臺階高度均為7.5m，見圖1。

圖1　方案設(shè)計剖面(單位:m)

4　結(jié)　語

(1)馬鋼南山鐵礦凹山采場南幫-90～-135 m滑坡治理技術(shù)研究收集了凹山采場歷年來相關(guān)的地質(zhì)資料及前期研究成果，結(jié)合本次巖土工程勘察及現(xiàn)場踏勘成果，經(jīng)綜合分析查清了滑坡體的不良工程地質(zhì)條件以及滑坡成因，建立了邊坡破壞模式以及工程地質(zhì)模型。

(2)地下水滲流分析表明：由于目前采場以采至接近露天底(達(dá)到-150 m以下)，隨著采場露天底的下降，形成邊坡地下水降落漏斗。根據(jù)本次巖土工程勘察報告：研究區(qū)范圍內(nèi)各鉆孔在設(shè)計深度內(nèi)均為干孔，說明穩(wěn)定地下水位線埋深較深，對該段邊坡的穩(wěn)定性無影響。但是由于組成該段邊坡的巖體節(jié)理發(fā)育，在接受到大氣降水時，積水會進(jìn)一步弱化節(jié)理面強(qiáng)度，對邊坡的穩(wěn)定性不利，因此需做好邊坡表面水的疏排工作。

(3)地質(zhì)體在不斷的揭露以后(如深凹采礦)，巖土體在地表水體的浸潤以及風(fēng)化作用影響下，其力學(xué)強(qiáng)度會降低，尤其是一些結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低更快，影響到邊坡的穩(wěn)定性。因此，在礦山后續(xù)的安全生產(chǎn)中，邊坡管理顯得尤為重要，加強(qiáng)邊坡監(jiān)測，定期檢查，臺階邊坡的排水以及臨幫預(yù)裂爆破等措施是保證已形成邊坡穩(wěn)定性的有利措施。

2016-06-26)

朱末琳(1979—)，男，工程師，243033 安徽馬鞍山雨山區(qū)向山鎮(zhèn)。