灰?guī)r礦露天邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案

谷 巖

(中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

某水泥灰?guī)r礦已開采多年，目前山體邊部礦體已被大量開采用于生產(chǎn)水泥或建筑石料。由于是整合礦山，整合前各礦山的多年不規(guī)范開采形成大量不規(guī)則掌子面，礦區(qū)內(nèi)掌子面南北長約1 700 m，掌子面高80～150 m。

為保證生產(chǎn)安全，采用理論分析和數(shù)值模擬相

結(jié)合的方式對露天采場邊坡現(xiàn)狀進(jìn)行穩(wěn)定分析。

1 礦山邊坡現(xiàn)狀及分區(qū)

根據(jù)礦區(qū)地形地貌及地質(zhì)條件將現(xiàn)有露天采場邊坡劃分為7個分區(qū)[1]，并根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范(GB51016-2014)》確定邊坡危害等級劃分，詳見表1。

表1 露天采場邊坡分區(qū)表

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 工程地質(zhì)類比法

按工程地質(zhì)類比法，對各邊坡分區(qū)的安全性分析，見表2。

2.2 赤平投影法分析

通過對劃定的各分區(qū)進(jìn)行赤平投影分析，可知露天采場西側(cè)的邊坡結(jié)構(gòu)面傾向和邊坡傾向相反，傾角度數(shù)小于邊坡傾角，邊坡基本是穩(wěn)定的。露天采場東側(cè)邊坡結(jié)構(gòu)面傾向與邊坡傾向基本一致，傾角度數(shù)小于邊坡傾角，邊坡存在沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑動的可能性。F1和F2斷層對各區(qū)邊坡整體穩(wěn)定性影響不大，但是在斷層出露邊坡坡面的部位會發(fā)生局部塌落現(xiàn)象，建議礦山應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施。Ⅵ分區(qū)局部地段F2斷層與邊坡坡面傾向基本一致，傾角度數(shù)小于目前實際邊坡傾角，邊坡存在沿斷層面滑動的可能性，建議礦山在生產(chǎn)中應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行開采，留設(shè)安全平臺，降低邊坡角，并在允許的條件下將斷層影響的滑體進(jìn)行處理，以保證安全。以Ⅲ分區(qū)和Ⅶ分區(qū)為例，分析如下。

1)Ⅲ分區(qū)邊坡為巖質(zhì)挖方邊坡，邊坡臨空面由上至下出露巖層及其產(chǎn)狀為：

崮山組二段：薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r，256°∠15°；

張夏組四段：含生物碎屑鮞?；?guī)r。

經(jīng)過分析，Ⅲ分區(qū)分布有一組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀256°∠15°。Ⅲ分區(qū)邊坡產(chǎn)狀10°∠71°，其赤平投影見圖1。

表2 工程地質(zhì)類比法安全性分析

圖1 Ⅲ分區(qū)邊坡、結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

由圖1可見，Ⅲ分區(qū)結(jié)構(gòu)面傾向相對于邊坡傾向相反，傾角度數(shù)小于邊坡傾角，邊坡是穩(wěn)定的，堅硬巖層滑動的可能性很小。

2)Ⅶ分區(qū)邊坡為巖質(zhì)挖方邊坡，邊坡臨空面由上至下出露巖層及其產(chǎn)狀為：

鳳山組：泥質(zhì)條帶灰?guī)r及白云巖，262°∠13°；

長山組：竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r與鈣質(zhì)頁巖互層，260°∠12°；

崮山組二段：薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r；

崮山組一段：鈣質(zhì)頁巖，頁理發(fā)育，256°∠10°；

張夏組四段：含生物碎屑鮞?；?guī)r，263°∠15°；

張夏組三段：薄層泥質(zhì)灰?guī)r、鮞?；?guī)r及鈣質(zhì)頁巖互層。

圖2 Ⅶ分區(qū)邊坡、結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

結(jié)合Ⅶ分區(qū)各區(qū)域邊坡產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，將結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，傾角和傾向相近(25°以內(nèi))的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面進(jìn)行合并，得到一組Ⅶ分區(qū)各巖層中廣泛分布的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀260°∠13°。

Ⅶ分區(qū)邊坡產(chǎn)狀91°∠55°，其赤平投影見圖2。

由圖2可見，Ⅶ分區(qū)結(jié)構(gòu)面傾向相對于邊坡傾向相反，傾角度數(shù)小于邊坡傾角，邊坡是穩(wěn)定的，堅硬巖層滑動的可能性很小。

2.3 邊坡穩(wěn)定性計算

邊坡穩(wěn)定性分析主要有極限平衡法和數(shù)值計算法兩種方法[2-5]。本次采用GeoStudio軟件中的SLOPE/W模塊(邊坡穩(wěn)定性分析軟件)對該礦各分區(qū)露天邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

根據(jù)相似礦山同類巖石的物理力學(xué)參數(shù)，參考《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》對該礦的各類巖石進(jìn)行巖體基本質(zhì)量分級，并參照上述的折減經(jīng)驗，選取了該礦各類巖體及地表風(fēng)化層的巖體物理力學(xué)參數(shù)。各類巖體物理力學(xué)參數(shù)，見表3。

表3 巖體物理力學(xué)參數(shù)表

根據(jù)礦山的工程地質(zhì)及邊坡現(xiàn)狀等情況，將礦山分為7個分區(qū)，在劃分的各分區(qū)選擇最具代表性的邊坡剖面分別建立分析模型，對各分區(qū)的邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，見表4。

表4 各分區(qū)整體邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計算結(jié)果表

通過對各分區(qū)選取的最危險邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。正常工況下，兩種計算方法驗算的各分區(qū)邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果中的安全系數(shù)均大于1.15；地震工況下，兩種計算方法驗算的各分區(qū)邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果中的安全系數(shù)均大于1.10。因此各分區(qū)露天整體邊坡安全系數(shù)基本符合《非煤露天礦山邊坡工程技術(shù)規(guī)范》的要求，邊坡發(fā)生大規(guī)模整體滑坡的可能性較小。

本次分析對該礦7個分區(qū)中選擇的具有代表性的各邊坡坡頂風(fēng)化層的穩(wěn)定性進(jìn)行分析計算(各分區(qū)邊坡的風(fēng)化層厚度見表5)，采用Morgenstern-Price計算方法對建立的各分區(qū)邊坡模型進(jìn)行了正常工況下坡頂風(fēng)化層的穩(wěn)定性安全系數(shù)計算，見表6。

表5 各分區(qū)邊坡的風(fēng)化層厚度

表6 邊坡坡頂風(fēng)化層穩(wěn)定性安全系數(shù)計算結(jié)果表

通過現(xiàn)場了解可知該礦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分區(qū)邊坡地表巖層風(fēng)化嚴(yán)重，通過分析計算，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分區(qū)邊坡坡頂風(fēng)化層穩(wěn)定性系數(shù)偏低，存在局部滑塌的可能。

另外，由于該礦大部分邊坡高度較高，坡度較陡，且未留設(shè)安全平臺，局部邊坡受節(jié)理、破碎等結(jié)構(gòu)面的影響，會產(chǎn)生邊坡的局部滑塌，對礦山生產(chǎn)造成極大的危害，建議礦山對已有露天邊坡坡頂?shù)娘L(fēng)化層、局部破碎及結(jié)構(gòu)面發(fā)育等危險地段進(jìn)行削坡處理或采取相應(yīng)的安全措施，以滿足安全生產(chǎn)的要求。

3 邊坡處理建議

1)Ⅰ分區(qū)邊坡高度小，但風(fēng)化程度高，建議在Ⅰ分區(qū)邊坡底部10 m外設(shè)置警戒線或土堆并樹立警示標(biāo)志，防止人員誤入。

2)Ⅱ分區(qū)有兩處邊坡較破碎，建議在較破碎的邊坡底部15 m外設(shè)置警戒線或土堆并樹立警示標(biāo)志，防止人員誤入。上山公路從Ⅱ分區(qū)南部通過，該處邊坡應(yīng)注意維護(hù)，及時處理危石并增加注意落石等警示標(biāo)志。

3)Ⅲ分區(qū)已經(jīng)基本開采完畢，建議礦山將通往三分區(qū)的道路封堵，并增加警示標(biāo)志，防止人員誤入。

4)Ⅳ分區(qū)邊坡較高，但巖石較好，風(fēng)化程度低，建議礦山在Ⅳ分區(qū)邊坡底部35 m外設(shè)置土堆，并增加警示標(biāo)志，防止人員誤入。

5)Ⅴ分區(qū)巖石較好，風(fēng)化程度低，整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性較好。礦山的上山公路從Ⅴ分區(qū)通過，為防止落石傷害，建議礦山在大風(fēng)、下雨天氣停止運輸。暴雨后要指派安全員對Ⅴ分區(qū)的邊坡進(jìn)行檢查，確認(rèn)安全后再恢復(fù)運輸。

6)Ⅵ、Ⅶ分區(qū)為舊采面，邊坡穩(wěn)定性較好。為防止落石傷害，建議礦山將通往Ⅵ、Ⅶ分區(qū)坡底的道路封堵，并增加警示標(biāo)志，防止人員誤入。

4 結(jié)語

本次邊坡穩(wěn)定性分析通過現(xiàn)場實地觀察和了解，在充分分析邊坡現(xiàn)狀和工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用定性分析和定量分析兩種方法對礦山的7個分區(qū)的邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。分析結(jié)果表明在現(xiàn)有工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下，礦山嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、安全規(guī)程等進(jìn)行露天開采，露天采場邊坡整體穩(wěn)定性良好，正常工況各分區(qū)邊坡的安全系數(shù)均符合《非煤露天礦山邊坡工程技術(shù)規(guī)范》的要求。露天采場邊坡最容易發(fā)生的變形破壞形式是強(qiáng)風(fēng)化帶的崩塌和剝離，礦山在降雨和強(qiáng)風(fēng)天氣應(yīng)暫停運輸作業(yè)。大雨過后應(yīng)對邊坡的安全進(jìn)行全面排查，重點對強(qiáng)風(fēng)化帶進(jìn)行檢查，確認(rèn)安全后再恢復(fù)生產(chǎn)。