某硅石礦礦山高陡邊坡治理方法分析

王愛(ài)華

寧夏天宏爆破有限公司

某硅石礦礦山高陡邊坡治理方法分析

王愛(ài)華

寧夏天宏爆破有限公司

結(jié)合某硅石礦礦山高陡邊坡治理方案，討論了小型露天礦山不規(guī)范開(kāi)采活動(dòng)而造成的滑坡等礦山地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，對(duì)滑坡成因和治理措施進(jìn)行分析，并詳細(xì)介紹了控制爆破技術(shù)進(jìn)行削坡減載，對(duì)高陡邊坡實(shí)施修復(fù)式開(kāi)采整治的過(guò)程和具體方法。

高陡邊坡；滑坡；控制爆破；治理

近年來(lái)隨著某市鐵合金、碳化硅、工業(yè)硅等高耗能工業(yè)的興起，硅石開(kāi)采亦得到了快速發(fā)展。本區(qū)硅石礦產(chǎn)包括石英砂巖、石英巖兩種，分布面積大、儲(chǔ)量豐富，是該區(qū)優(yōu)勢(shì)礦種之一，但因無(wú)序、破壞性開(kāi)采造成現(xiàn)有礦區(qū)普遍作業(yè)面零亂、險(xiǎn)象一生，存在嚴(yán)重的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害傾向，礦石資源可利用效率低下，無(wú)法達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)的條件，難以滿(mǎn)足新建生產(chǎn)線(xiàn)的正常生產(chǎn)需求，并存在嚴(yán)重的安全隱患。本文針對(duì)采礦場(chǎng)邊坡失穩(wěn)的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，提出了該礦山的邊坡治理方案。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 礦區(qū)概況

白虎洞硅石礦位于賀蘭山北段東麓惠農(nóng)區(qū)白虎洞黑石夾道溝，礦石儲(chǔ)量大、礦體厚度大、抗爆性能強(qiáng)、化學(xué)成份穩(wěn)定、有害雜質(zhì)含量較低。礦區(qū)有3處已開(kāi)采宕口，通向三個(gè)采面，分別為1365m水平、1360m水平和1370m水平，已沿探明縱向礦床間斷無(wú)序開(kāi)采寬約60～130米，因無(wú)序、破壞性開(kāi)采，存在嚴(yán)重的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害傾向。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

礦區(qū)屬賀蘭山北段東麓山地，地勢(shì)地勢(shì)西北高東南低，礦區(qū)內(nèi)海拔最高1520m，最低1360m，相對(duì)高差160m，地形坡度35°～55°。礦體東西最大長(zhǎng)度為1025m，南北寬300m，厚度232m，走向北東，產(chǎn)狀為140°∠4～7°。礦體賦存標(biāo)高＋1520～1288m，絕大部分裸露于地表，局部為第四系所覆蓋，覆蓋物厚度一般0.5 m～2m。礦體穩(wěn)固性較好，其抗壓強(qiáng)度值為260MPa，為中等堅(jiān)固性巖，巖石風(fēng)化程度較低，據(jù)現(xiàn)有采場(chǎng)揭露可知，風(fēng)化殼厚度在0.2～0.5m之間；穩(wěn)固性較好，巖石風(fēng)化程度較低，為中等堅(jiān)固性巖，屬于工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單型礦床，適宜露天開(kāi)采。

2 礦山邊坡治理方案

2.1 滑坡成因分析和主要防治措施

2.1.1 滑坡成因分析

滑坡是巖土體自重、構(gòu)造力、滲透力等綜合結(jié)果，指位于斜坡的巖土體在重力以及水等外力作用下沿某一結(jié)構(gòu)軟弱面發(fā)生位移的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象。在邊坡開(kāi)挖前巖土體內(nèi)部處于相對(duì)平衡狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)挖進(jìn)行過(guò)程中巖體面臨采場(chǎng)的一側(cè)出現(xiàn)臨空狀態(tài)，導(dǎo)致該方向失去支撐力，巖體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)會(huì)不斷進(jìn)行調(diào)整與變化，最終會(huì)導(dǎo)致在坡腳和坡頂附近出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域，當(dāng)該處應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度時(shí)則會(huì)導(dǎo)致巖體破壞形成滑坡。

滑坡的形成主要受邊坡穩(wěn)定性的因素影響。影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內(nèi)在因素和外在因素兩個(gè)方面。內(nèi)在因素有組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)等。外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風(fēng)化作用和爆破等。其中地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，其他大多起觸發(fā)作用。

2.1.2 滑坡的主要防治措施

治理滑坡應(yīng)該堅(jiān)持以防為主、綜合治理、及時(shí)處理的原則。結(jié)合邊坡失穩(wěn)的因素和滑坡形成的內(nèi)外部條件，治理滑坡可以從以下兩個(gè)大的方面著手。

2.1.2.1 消除和減輕地表水和地下水的危害

滑坡的發(fā)生常和水的作用有密切的關(guān)系，水的作用，往往是引起滑坡的主要因素，因此，消除和減輕水對(duì)邊坡的危害尤其重要，防止外圍地表水進(jìn)入滑坡區(qū)，可在滑坡邊界修截水溝；在滑坡區(qū)內(nèi)，可在坡面修筑排水溝。對(duì)于巖質(zhì)邊坡還可用噴混凝土護(hù)面或掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土。

2.1.2.2 改善邊坡巖土體的力學(xué)強(qiáng)度

通過(guò)一定的工程技術(shù)措施，改善邊坡巖土的力學(xué)強(qiáng)度，提高其抗滑力，減小滑動(dòng)力。常用的措施有：(1)削坡減載；用降低坡高或放緩坡角來(lái)改善邊坡的穩(wěn)定性。削坡設(shè)計(jì)應(yīng)盡量削減不穩(wěn)定巖土體的高度，而阻滑部分巖土體不應(yīng)削減。(2)邊坡人工加固，有修筑擋土墻、護(hù)墻、錨桿或錨索、固結(jié)灌漿、邊坡柔性防護(hù)技術(shù)等。

2.2 方案設(shè)計(jì)思路

本礦山開(kāi)采為山坡露采，一直采用陡坡開(kāi)采，現(xiàn)實(shí)際開(kāi)采邊坡角已超過(guò)65°，相對(duì)高差超過(guò)100m，高陡邊坡帶來(lái)的安全生產(chǎn)隱患亟待治理。由于礦山仍在開(kāi)采建設(shè)期，只能采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行削坡減載，達(dá)到設(shè)計(jì)臺(tái)階開(kāi)采要求的治理方案，具體設(shè)計(jì)思路為按原礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)要求水平臺(tái)階分層的開(kāi)采方法進(jìn)行開(kāi)拓布置，因原始地形地貌已破壞，現(xiàn)施工機(jī)械無(wú)法到達(dá)山頂，只能在二采點(diǎn)現(xiàn)有工作面采用硐室爆破方法進(jìn)行治理，利用爆破巖料修筑到1400m高程作業(yè)平臺(tái)，再利用硐室爆破爆落礦巖修筑到礦界設(shè)計(jì)1430m高程，作業(yè)平臺(tái)寬度為30m，設(shè)計(jì)1400m高程和1430m高程2個(gè)作業(yè)平臺(tái)，每個(gè)梯段高度30m。同時(shí)作業(yè)平臺(tái)向北推進(jìn)，根據(jù)山勢(shì)變化和礦山采礦權(quán)設(shè)置區(qū)塊范圍，修筑新的作業(yè)平臺(tái)，在3區(qū)塊設(shè)計(jì)4個(gè)作業(yè)平臺(tái)，每個(gè)梯段高度30m。再在上述作業(yè)平臺(tái)采用潛孔鉆機(jī)鑿巖，分臺(tái)階高度10m進(jìn)行深孔爆破自上而下開(kāi)采。（見(jiàn)圖1、圖2）

圖1 硐室爆破與作業(yè)平臺(tái)示意圖

圖2 治理后邊坡平面圖

2.3 治理方法

根據(jù)業(yè)主要求和現(xiàn)場(chǎng)堪察，擬提出硐室爆破，爆巖修筑臺(tái)階，分層治理方式，治理方法如下：

礦山采用掏采方法進(jìn)行無(wú)序和破壞性開(kāi)采，目前形成“一面墻”式開(kāi)采局面，造成開(kāi)采邊坡陡峭、險(xiǎn)石環(huán)生，地質(zhì)災(zāi)害隱患較大，給今后的規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)一定安全隱患和困難，因此，必須對(duì)工作面進(jìn)行整治。按照勘探資料所顯示的礦山采礦權(quán)設(shè)置區(qū)塊范圍，從礦界南部開(kāi)始對(duì)目前工作面、邊坡進(jìn)行清理、整治工作。

為保證坡面保留巖體按設(shè)計(jì)輪廓面成型并形成臺(tái)階工作面，須采用硐室控制爆破技術(shù)，即邊坡采用硐室爆破自下而上進(jìn)行臺(tái)階式放坡。由于采場(chǎng)一直采用不分層的“一面墻”開(kāi)采方式，形成陡峭邊坡，無(wú)法采用淺孔爆破形式進(jìn)行鉆機(jī)道路的修筑，且無(wú)供鉆機(jī)上山的道路，只能采用硐室控制爆破自坑底進(jìn)行，利用硐室爆破礦巖修筑作業(yè)平臺(tái)，設(shè)計(jì)整改區(qū)域分為2個(gè)臺(tái)階面，分別為1400m高程和1360m高程，臺(tái)階梯段高度為30m，作業(yè)平臺(tái)寬度30m，臺(tái)階坡面角60°。

2.4 治理工藝環(huán)節(jié)

2.4.1 硐室爆破：擬采用硐室控制爆破進(jìn)行平臺(tái)修筑，僅用于礦山復(fù)采整改期。該方法導(dǎo)硐掘進(jìn)采用人工手風(fēng)鉆鑿巖，導(dǎo)硐斷面1.3×0.9m，硐室最小抵抗線(xiàn)控制在20m以?xún)?nèi)，一般使最小抵抗線(xiàn)W與埋深H比值控制在0.5～0.9。設(shè)計(jì)施工嚴(yán)格按《爆破安全規(guī)程》要求進(jìn)行。

2.4.2 中深孔爆破：采用中深孔露天非電毫秒微差爆破的方法進(jìn)行工作面治理，主要用于形成梯段10m的開(kāi)采平臺(tái)。該方法穿孔采用潛孔鑿巖機(jī)，炮孔直徑90mm，孔距3.5m，孔深6-10m不等。2#巖石炸藥，毫秒雷管進(jìn)行爆破。

鉆爆施工工序：測(cè)量—布孔--鉆孔—驗(yàn)孔—加工起爆體—裝藥—堵塞—連接—警戒--起爆—檢查。

2.4.3 平臺(tái)治理：治理初期在4區(qū)塊中部1360m標(biāo)高上布置施工作業(yè)平臺(tái)，其寬度大于35m，采用硐室爆破的方法治理，該水平布置6個(gè)藥室，分別在原一、二采面掘進(jìn)3個(gè)主硐，使平臺(tái)向北縱向推進(jìn)100m，滿(mǎn)足上部平臺(tái)和道路修筑的要求，在作業(yè)平臺(tái)上有挖掘機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)平整爆堆，修筑向上部水平道路和作業(yè)平臺(tái)，在1400m平臺(tái)形成后繼續(xù)采用硐室爆破推進(jìn)，經(jīng)爆破后本臺(tái)段部分礦石自溜至1360m水平，一部分滯留在上部水平的爆后礦石，用挖掘機(jī)和裝載機(jī)將礦石整平，形成1430m平臺(tái)，同時(shí)根據(jù)礦床走向和礦界要求，工作臺(tái)階不斷向北推進(jìn)，并形成1460m高程作業(yè)平臺(tái)。然后在上述作業(yè)平臺(tái)采用潛孔鉆機(jī)鑿巖，分臺(tái)階高度10m進(jìn)行深孔爆破自上而下整改。用深孔爆破方法時(shí)，先從最上一個(gè)水平開(kāi)始，當(dāng)最上水平治理完畢后，降至下一水平，依此類(lèi)推，直至1360m水平。

2.5 邊坡治理安全技術(shù)措施

2.5.1 礦山治理過(guò)程中要經(jīng)常觀看臺(tái)階(邊坡)的穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理，情況危急時(shí)應(yīng)果斷撤離人員和機(jī)械設(shè)備。

2.5.2 嚴(yán)格控制邊坡角度，隨時(shí)注意工作面上方坡度及危巖的變化及松動(dòng)情況，及時(shí)清理上方松動(dòng)危巖，防止片幫事故的發(fā)生。

2.5.3 施工時(shí)應(yīng)派專(zhuān)人負(fù)責(zé)邊坡安全管理。對(duì)有滑動(dòng)、崩塌跡象的臺(tái)階(邊坡)，應(yīng)及時(shí)地進(jìn)行削坡減載，在處理過(guò)程中要特別注意作業(yè)人員的安全。

2.5.4 禁止在臺(tái)階工作平盤(pán)邊緣堆放塊石或物件。禁止施工機(jī)械在距平盤(pán)邊緣小于2米的地段內(nèi)行駛，停留或作業(yè)。

2.5.6 暴雨過(guò)后，必須對(duì)工作面上方的邊坡和危巖進(jìn)行檢查，以防滑坡事故發(fā)生。

2.5.7 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)采，并留邊坡角，嚴(yán)禁從下部挖傘檐使其懸空而跨落。

3 結(jié)論

通過(guò)控制爆破技術(shù)進(jìn)行削坡減載，對(duì)高陡邊坡實(shí)施修復(fù)式開(kāi)采整治，以開(kāi)采余量資源，減少了社會(huì)資源的浪費(fèi)，降低因缺少規(guī)劃、“一面墻”開(kāi)采造成的礦山地質(zhì)災(zāi)害影響，為類(lèi)似礦山高陡邊坡治理提供借鑒。

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