離子型稀土礦山邊坡穩(wěn)定性分析及防護(hù)研究

黎立明

摘要：近年來，為滿足開發(fā)需求，風(fēng)化殼淋積型稀土礦床作為稀土資源的主要保護(hù)對象，具有較大的開采規(guī)模。相反地，原地浸出在礦石開采中起著主導(dǎo)作用，但在采用原地浸出技術(shù)的稀土礦山中山體邊坡存在著滑移等地質(zhì)災(zāi)害。其原因是礦區(qū)周期性注水降水，嚴(yán)重影響山體含水率、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等，結(jié)構(gòu)變化，植被破壞，邊坡失穩(wěn)。導(dǎo)致邊坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。稀土礦山邊坡災(zāi)害頻發(fā)，對工人、礦區(qū)及周圍環(huán)境造成了巨大影響，一些礦山仍在生產(chǎn)中，由于該地區(qū)已發(fā)生的邊坡和邊坡災(zāi)害具有一定的危險(xiǎn)性，因此對稀土礦山邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和模擬有效的邊坡防護(hù)措施具有重要意義。

關(guān)鍵詞：離子型;稀土礦;邊坡穩(wěn)定性

一、研究開發(fā)趨勢

近年來，隨著原地浸出采礦技術(shù)的興起，稀土礦的開采效率提高，稀土礦的開采程度加劇，給稀土礦帶來了一系列問題。受各種稀土類礦山開采技術(shù)的影響，礦山坡地的巖土性質(zhì)的變化導(dǎo)致坡地的穩(wěn)定性變化，使礦山滑坡等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)更加嚴(yán)重。當(dāng)務(wù)之急是提出有效的坡地保護(hù)。我國對稀土礦山坡地穩(wěn)定性分析和坡地保護(hù)的研究越來越多。

二、研究內(nèi)容

本課題的研究內(nèi)容以廣西省標(biāo)準(zhǔn)稀土礦為研究對象，綜合考慮地形、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、巖體性質(zhì)、礦山人工活動(dòng)等影響因素。等研究區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，獲取土體調(diào)查數(shù)據(jù)，提取樣本進(jìn)行土體試驗(yàn)，進(jìn)行稀土類礦物浸出前后。稀土類礦山坡地巖體含水率、龍中等物理力學(xué)性質(zhì);同時(shí)對坡地土體進(jìn)行了水泥性能試驗(yàn)、微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和粒度試驗(yàn)，分析了礦石滲漏和降雨對巖體性質(zhì)的影響。探區(qū)內(nèi)物質(zhì)條件構(gòu)成復(fù)雜，受外界環(huán)境影響，獲得地質(zhì)資料和實(shí)驗(yàn)資料后，對坡地的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，確定坡地的穩(wěn)定性。在稀土礦坡地穩(wěn)定性分析過程中，利用有限元分析軟件建立坡地本構(gòu)模型，對坡地各階段進(jìn)行數(shù)值模擬和穩(wěn)定性分析。計(jì)算安全系數(shù)判斷傾斜面的穩(wěn)定性。結(jié)合研究區(qū)坡地不穩(wěn)定的基理、保護(hù)工程費(fèi)用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等多種因素，提出了研究區(qū)坡地保護(hù)方法。利用MIDAS軟件對研究區(qū)坡地保護(hù)方法進(jìn)行模擬分析，確定其安全性、有效性和優(yōu)缺點(diǎn)。

三、土壤測試及性能分析

對廣西省稀土類礦山在礦石浸出和降雨條件下滑動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行了野外地質(zhì)調(diào)查。為了確認(rèn)礦石浸出不穩(wěn)定的前后傾斜面的性質(zhì)變化，2021年7月30日至8月1日在廣西省的一個(gè)稀土礦中采集了傾斜面斷面樣本。山坡滑穩(wěn)橫截面角上端，高307mm山坡頂垂直方向共有6個(gè)土壤。坡頂至垂直距離分別為0.4m、2.42m、8.6m、9.10m、15.37m、17.53m，表層紅土含少量草屑，粒徑較小。對于石英顆粒，白色粉土中中等粒徑石英顆粒，白色山地土壤中中等粒徑的石英顆粒。根據(jù)判斷，土體位置位于表層、表層及全風(fēng)化層、全風(fēng)化層、全風(fēng)化層、全風(fēng)化及抗風(fēng)化層邊界處。除了奇異的巖層，還要將土壤帶回實(shí)驗(yàn)室，并在該條件下測定和分析土壤特性。

四、邊坡設(shè)計(jì)

4.1稀土礦山邊坡防護(hù)現(xiàn)狀

一般護(hù)坡措施主要分為工程措施和生物措施，其中護(hù)坡工程措施分為防護(hù)結(jié)構(gòu)防護(hù)和坡面防護(hù)兩類。常見的護(hù)坡結(jié)構(gòu)有防滑土墻、帶錨桿的護(hù)坡墻、抗滑樁等，這種護(hù)坡結(jié)構(gòu)具有護(hù)坡和加固邊坡的雙重功能。由于工程措施的影響，邊坡防護(hù)的景觀效果有所下降。隨著時(shí)間的推移，混凝土表面和水泥碎屑中的石棉可能會風(fēng)化、老化甚至破壞。后期維護(hù)費(fèi)用較高，如我國常用的重力式擋土墻，由于結(jié)構(gòu)自重和擋土墻底部與基礎(chǔ)之間的摩擦，其施工成本較高?？箖A覆和土壓力，保持工程結(jié)構(gòu)和斜坡土的穩(wěn)定性。由于工程量大、重量大，施工中開挖土方量大、造價(jià)高，坡面防護(hù)一般為水泥碎石護(hù)壁、噴射混凝土、錨噴護(hù)坡等。錨噴網(wǎng)防護(hù)邊坡、錨帶防護(hù)、錨索防護(hù)、這些措施適用于具有一定穩(wěn)定性的斜面，主要用于防止斜面巖石風(fēng)化剝落和少量巖石墜落。生物措施主要利用植物群落的強(qiáng)健邊坡來維持土壤功能，但隨著植物的生長繁殖，減少邊坡失穩(wěn)和侵蝕的作用越來越重要，能夠恢復(fù)工程建設(shè)所破壞的生態(tài)環(huán)境。近年來，植物-工程-植物復(fù)合生態(tài)護(hù)坡體系已成為護(hù)坡的主要手段。其工作原理是在邊坡開挖后種植植物或配合工程措施，通過植物根系錨固對坡面進(jìn)行保護(hù)和加固。邊坡生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)既能滿足邊坡表層穩(wěn)定性的要求，又能恢復(fù)受損的自然生態(tài)環(huán)境。目前，我國生態(tài)護(hù)坡類型主要有人工草種護(hù)坡、液態(tài)噴醋護(hù)坡、土工復(fù)合材料種植機(jī)、植物生態(tài)混凝土護(hù)坡、旅客植被護(hù)坡、平鋪草皮、生態(tài)袋護(hù)坡、石墻、生態(tài)石籠護(hù)坡等。由于離子稀土礦山坡地環(huán)境的復(fù)雜性和坡地保護(hù)和保護(hù)措施的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的坡地保護(hù)技術(shù)存在以下缺陷：

鋼筋混凝土防滑土墻、軸體生態(tài)土墻等坡地保護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土和軸體工程量較大。土墻一般采用紙漿砌成碎石，施工工序多，施工設(shè)備高，坡地保護(hù)形式如下。它有利于坡地的穩(wěn)定，但解決不了稀土礦水土流失問題。錨索、錨桿、混凝土框架坡地保護(hù)需要大型施工機(jī)械，稀土類礦山往往交通不便。尤其是山區(qū)設(shè)備、材料運(yùn)輸工作量大，需要進(jìn)行錨桿、混凝土框架和坡地保護(hù)施工。如果施工精度不足，框架下面的土體容易變形，被雨水沖走，增加周邊損失。如果不處理坡面，雨水仍然會沖走土壤，不利于坡地的穩(wěn)定。如果工程的建設(shè)費(fèi)用很高，稀土類離子礦的礦體全風(fēng)化層和上部殘波層在自然狀態(tài)下會受到影響，其內(nèi)部資源豐富，具有良好的透水性。由于是含水層，所以礦體底部處于半風(fēng)化。非風(fēng)化奇巖水分含量低，透水性差，可以看作是函數(shù)層?，F(xiàn)有坡地保護(hù)結(jié)構(gòu)稀土類礦山表層土壤的性質(zhì)沒有充分考慮。即具有較強(qiáng)的透水性和較低的保守性，不利于植物的生長。如果降雨時(shí)不及時(shí)排水，容易造成水土流失和滑坡。

五、結(jié)束語

本文以廣西稀土礦為研究對象，對研究區(qū)進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查，獲得地質(zhì)資料。采樣土壤質(zhì)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)測定了稀土礦坡度浸潤前后土體的含水量和含水量。通過地質(zhì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)測試分析，確定了粒子的體積密度、粒子直徑等物理化學(xué)和力學(xué)參數(shù)。同時(shí)對坡地土進(jìn)行泥漿性能試驗(yàn)。通過試驗(yàn)、顯微構(gòu)造試驗(yàn)和入島試驗(yàn)，分析了魔光浸出和降雨入土對巖土性質(zhì)的影響，從工程價(jià)格、保護(hù)效果、設(shè)計(jì)操作可能性和環(huán)境保護(hù)等方面提出了稀土類礦山項(xiàng)目，分析了山坡的防護(hù)方法及其防護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：

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