南芬露天礦邊坡防治措施研究

馬士博，張健鵬

(本鋼南芬露天鐵礦，遼寧 本溪 117000）

南芬露天礦山是一個擴幫過渡礦山，目前處于三期擴幫四期開采階段，采場四期開采設(shè)計境界線是在三期開采境界線的基礎(chǔ)上，對采場上下盤及南北端全境界向外擴幫，各部位外擴寬度為：上盤150m～340m，下盤30m～170m，北端幫80m～100m，南端幫180～200m。四期境界設(shè)計上盤邊坡角42°～49°，下盤邊坡角31°～34°，終了邊坡高度均在700米以上，屬于超高邊坡規(guī)模，工程地質(zhì)條件極其復(fù)雜。自2009年擴幫以來，四期開采邊坡出露300米以上，加上三期開采形成的邊坡，總體出露邊坡高度600米以上。隨著幾十年的采場巖體揭露，采場邊坡穩(wěn)定問題一直困擾著露天礦正常開采。

1 影響邊坡穩(wěn)定的因素

1.1 地質(zhì)情況

1.1.1 巖組

采場內(nèi)巖性按其工程地質(zhì)性質(zhì)可分為十一個巖組：太古界鞍山群二云母石英片巖巖組(GPL)、綠簾角閃片巖巖組（AmL）、石英巖巖組（Fe）、石英綠泥片巖巖組（Am）、云母石英片巖巖組（TmQ）、片麻狀混合花崗巖巖組（Mr12）；元古界遼河群石英巖巖組（Ptlal1）和混合花崗巖巖組（Mr2）；震旦系釣魚臺石英巖組（Z2+3d）和南芬頁巖組（Z2+3n）；第四系巖組（Q4）和巖脈。巖組較多，巖性比較穩(wěn)定，但局部有軟弱夾層。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

依據(jù)目前邊坡的揭露情況，初步判斷采場內(nèi)存在約百余條斷層，斷層較多，深淺不一，其中有F1、F1’明顯斷層橫穿采場。并且存在一倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造，該背斜處于黑背山倒轉(zhuǎn)穹隆的南西部，東西寬1.5km，南北長4.5km，軸向近南北，軸面傾向北西西，傾角30°左右，核部為混合花崗巖，震旦紀釣魚臺組石英巖不整合覆蓋于其上，底部由F1′斷層與鞍山群成礦巖層隔開。

從以上兩方面分析，巖性和地質(zhì)構(gòu)造對邊坡穩(wěn)定都存在直接的影響。

1.2 水的影響

水對邊坡穩(wěn)定的危害性不言而喻，礦層裂隙水長期潛蝕造成邊坡礦體不連續(xù)面抗剪強度降低，是形成礦體變形滑動的重要因素之一。裂隙水對邊坡穩(wěn)定性的影響主要有以下幾個途徑：①通過物理和化學作用影響不連續(xù)面充填物中的孔隙水及其壓力，從而改變充填物的強度指標。對發(fā)育有張性節(jié)理的礦體，裂隙水的這種作用會更加明顯；②不連續(xù)面中的靜水壓力減少了作用在它上面的有效正應(yīng)力，從而降低了潛在破壞面上的抗剪強度；③由于水對顆粒間抗剪強度的影響，引起巖土體抗剪強度的降低。邊坡巖體中裂隙水的存在會產(chǎn)生靜水壓力，不但降低巖體不連續(xù)面抗剪強度，而且對礦體造成向臨空方向的水平推力，使坡體下滑力增大；④邊坡淺表層裂隙水的凍脹對礦體產(chǎn)生向邊坡臨空方向的凍漲力，對邊坡穩(wěn)定構(gòu)成不良影響，如果邊坡礦體的不連續(xù)面陡傾，這種作用的破壞更加明顯。

1.3 開采的影響

南芬露天礦年礦巖產(chǎn)量近9000萬噸，大規(guī)模的開采對邊坡的穩(wěn)定性有極大影響。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①下部的開采卸荷對上部已揭露邊坡的影響巨大，易導致坡腳不穩(wěn)定；②正常生產(chǎn)爆破作用產(chǎn)生的縱波對邊坡的影響。

2 各部位滑坡原因、潛在滑坡趨勢和防治措施

2.1 下盤

2.1.1 滑坡原因

下盤隨著開挖的進行，已開采至標高430m，平臺靠臨終了境界，坡腳巖體卸荷，應(yīng)力釋放，形成鼓脹變形，在上部邊坡剪切應(yīng)力下，在550m～430m形成了長約80米，高120米的滑體剪出口，出現(xiàn)臺階礦體開裂沉降變形滑塌破壞。

2.1.2 治理措施

①針對現(xiàn)有滑塌體特征，對已滑塌堆積巖石清方處理；②550m～430m臺階滑塌后壁及兩側(cè)潛在變形滑塌區(qū)采用預(yù)應(yīng)力錨索，坡腳采用錨樁+預(yù)應(yīng)力錨索+連梁加固，坡頂開裂處，裂縫內(nèi)灌注水泥漿封堵；③在坡腳設(shè)置坡體疏干孔，降低邊坡巖體內(nèi)裂隙水壓力。

2.2 上盤

2.2.1 潛在滑坡因素

此區(qū)域邊坡上部震旦系釣魚臺組石英巖巖體非常破碎，斷層及軟弱夾層較為發(fā)育，局部臺階邊坡可能發(fā)生F1、F1’斷層和軟弱夾層出露部位的表層巖體風化剝落以及松散破碎巖體崩塌落石等潛在滑坡問題。

2.2.2 防治措施

①對斷層帶內(nèi)臺階坡面采用掛網(wǎng)噴射混凝土護面防護，噴層厚度10cm，噴射面層防護范圍應(yīng)超過F1、F1’斷層邊界進入兩側(cè)堅硬巖體不少于1m 范圍；②采用錨固筋將網(wǎng)格尺寸25cm×25cm鋼筋網(wǎng)固定于坡面；③噴射混凝土面層設(shè)PVC泄水孔，交錯排列，泄水孔應(yīng)盡量設(shè)置在斷層、裂隙密集帶、坡面出水點等導水結(jié)構(gòu)部位。

對于有固定公路等重要生產(chǎn)設(shè)施的部位，高空落石對固定公路運營帶來較大的安全隱患，需設(shè)置被動式防護網(wǎng)。防護網(wǎng)安裝在固定公路路塹邊坡，外傾的攔截網(wǎng)一般不超過臺階坡腳排水邊溝，避免影響固定公路運輸車輛。

2.3 南端幫

2.3.1 潛在滑坡因素

南端幫邊坡臨近常年性河流黃柏峪河，隨著水源地工程的實施和黃柏峪河向南改道，大幅降低了原河床滲水對南端幫邊坡穩(wěn)定性的影響，但仍不可避免有部分自河流上游洪沖積層滲流的地下水影響南端幫邊坡。而且，南端幫地層上覆碎石土薄層，局部臺階坡殘余掛幫礦場未能徹底清除，礦石與圍巖間存有的軟弱夾層帶構(gòu)成了潛在滑動面，該軟弱面傾斜切入坡體，在河水或雨水入滲情況下，軟弱夾層浸泡軟化，可能形成局部楔形滑動。

2.3.2 防治措施

①采場外圍截水

在南端幫邊坡境界線以外、不宜小于5m 位置設(shè)漿砌毛石截水溝，截水溝沿南端幫邊坡境界線走向東西布置，截水溝內(nèi)攔截的匯水向南引入黃柏峪河，避免匯水集中進入采場并沖刷坡面增加邊坡安全隱患。坡頂截水溝需坐落于堅實穩(wěn)定地層，當溝體通過松散回填層時，應(yīng)對溝底回填土進行夯實處理。截水溝溝底縱坡度應(yīng)不小于3‰，當溝底縱坡度較大時可設(shè)置分級平臺增加砌體穩(wěn)定性。

②邊坡排水

在南端幫各級靠界并段邊坡也應(yīng)設(shè)置排水措施，減少地表匯水沖刷、積水浸泡和裂隙入滲造成的邊坡安全隱患。各級并段臺階之間的安全平臺、清掃平臺地面應(yīng)平整，避免出現(xiàn)坑洼積水現(xiàn)象。臺階之間的各安全平臺設(shè)置傾向坡腳、坡度不小于8%的反坡，使得整個安全平臺形成三角形排水溝，排水溝縱坡度不小于3‰；各清掃平臺設(shè)置傾向坡腳3%～5%的反坡，清掃平臺外側(cè)設(shè)擋水壩（車檔），避免降雨量過大時平臺匯水流向下級臺階坡，平臺內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝，寬度不小于0.8m，深度不小于0.5m，排水溝縱坡度不小于3‰；平臺排水溝縱向每隔約1000 米在最低處埋設(shè)DN500排水管，以便將排水溝內(nèi)匯水通過各級排水管排入固定公路邊溝并匯入采場疏排水系統(tǒng)。平臺排水溝應(yīng)設(shè)計合理，對水溝側(cè)壁出露的如綠泥片巖軟弱巖層、夾泥斷層進行適當護面，避免由于水流長期沖刷造成坡腳軟弱夾層淘空造成的臺階坡陡傾構(gòu)成的安全隱患。

2.4 北端幫

2.4.1 潛在滑坡因素

北端幫局部存在F1 和F1’斷層出露部位，由于斷層帶內(nèi)紫色頁巖、泥巖等巖性軟弱，開挖揭露后處于暴露環(huán)境中易風化脫水收縮干裂，受整體邊坡集中剪應(yīng)力作用崩解坍塌，使得位于斷層帶內(nèi)的臺階坡體逐漸坍塌破壞，且破壞作用將持續(xù)沿斷層面向坡體內(nèi)部侵入，最終造成斷層帶上部混合花崗巖臺階坡因失去下部支撐形成可涉及數(shù)個并段臺階的規(guī)模性滑塌破壞。

2.4.2 防治措施

采用掛網(wǎng)噴射混凝土面層對坡面進行全封閉防護，防止邊坡風化剝落及沖刷破壞的形成和發(fā)展，最大限度減少外界風化、震動、沖刷、凍脹以及坡體應(yīng)力應(yīng)變積累調(diào)整等多種不利因素對坡面巖體造成損傷破壞，保障邊坡安全穩(wěn)定。除噴射混凝土面層封閉坡面外，還需在坡面均勻設(shè)置全長粘結(jié)錨桿，使得邊坡表層潛在破壞巖體通過錨桿之間的相互作用影響聯(lián)為整體并將潛在破壞巖體錨固于坡體深部穩(wěn)巖體。

3 結(jié)語

露天礦高陡邊坡的防治一直是國內(nèi)外研究的重要課題，本文針對已發(fā)生的滑坡和具有潛在滑坡風險的邊坡提出了對應(yīng)的治理措施。

在現(xiàn)場生產(chǎn)中，可采用坡體加固、防治巖體風化、疏排水和邊坡監(jiān)測等多項防治措施綜合治理，制定安全可靠、經(jīng)濟適用的防治方案，保證礦山的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。