烏山露天礦運礦廊道邊坡滑坡機制及加固措施*

呂海棟 張鵬海 王亞強 劉 洋 張海濤 楊天鴻3

（1.中國黃金集團內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司；2.東北大學資源與土木工程學院）

滑坡是威脅露天礦山安全生產(chǎn)的重要原因之一［1］。近年來，在我國大型露天開采礦山中，滑坡事故時有發(fā)生，并且伴隨著大量的經(jīng)濟損失和人員傷亡。針對滑坡這一嚴峻問題，國內(nèi)外諸多專家學者展開了大量研究，并取得豐碩成果。王恭先［2］認為滑坡的形成主要包括以下2個方面：影響因素與形成條件，影響因素主要為降雨、地震等自然的因素，以及植被損壞、人為坡體開挖等人類活動因素，形成條件則是內(nèi)在因素，包含地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等。黃潤秋［3］認為大型滑坡的誘發(fā)因素取決于不同的地質(zhì)環(huán)境特征和滑坡的地質(zhì)體特征，其根本的原因為地形地貌條件。隨著越來越多滑坡災(zāi)害事故的發(fā)生，邊坡的加固工程也越發(fā)被重視，目前為止，抗滑支擋工程治理滑坡成為了較為有效的手段，并被普遍重視［4］。

以烏山露天礦為依托，針對該礦目前遇到的運礦廊道邊坡穩(wěn)定性問題，結(jié)合歷史滑坡現(xiàn)象及邊坡地質(zhì)條件分析滑坡機制，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合邊坡實際情況設(shè)計合理的加固措施，以保證邊坡穩(wěn)定以及運礦廊道的安全運轉(zhuǎn)。

1 礦山概況

烏山露天礦隸屬于中國黃金集團內(nèi)蒙古礦業(yè)公司，礦區(qū)位于滿洲里市西南24 km，距新巴爾虎右旗146 km，行政區(qū)劃屬內(nèi)蒙古自治區(qū)新巴爾虎右旗呼倫鎮(zhèn)管轄。

該礦礦床為特大型斑巖型銅鉬礦床，境界內(nèi)銅金屬量154.6萬t，鉬金屬量30.99萬t。整體為長環(huán)形，長軸長度為2 600 m，短軸寬度為1 350 m，走向50°左右，總體傾向北西。傾角從東向西由85°漸變成75°。

當前境界邊坡參數(shù)如下：①最終邊坡角為36°～44°；②臺階高度為15 m，最終為30 m；③臺階坡面角65°，近地表30 m臺階坡面角為50°～55°；④當前最高開采標高為810 m，最低開采標高為630 m；⑤北礦段東南出口標高為825 m、西部出口為780 m，南礦段西南出口為825 m；⑥當前境界形成2個坑底，南礦段坑底最低標高為690 m，北礦段坑底最低標高為630 m，南北礦段拉通平臺標高為750 m（圖1）。

2 運礦廊道邊坡滑坡機制

2.1 運礦廊道選址

目前，烏山露天礦仍然采用汽車運輸?shù)V石及廢石，但隨著露天坑開挖深度的不斷增加，當前運距已超過經(jīng)濟運距。為了減少運距以節(jié)約成本，計劃將原有單一汽車運輸方式改為汽車—皮帶聯(lián)合運輸方式。

皮帶廊道一般選擇架設(shè)于較穩(wěn)定的到界臺階之上，同時考慮節(jié)約運距帶來的經(jīng)濟效益。鑒于南礦段及北礦段西側(cè)目前的開挖深度小、到界臺階的總高度小且距離選廠遠，皮帶廊道選址于南礦段產(chǎn)生的經(jīng)濟效益不明顯。北礦段東側(cè)的東幫、南幫以及西幫690 m以上臺階均已到界，但東幫目前為主要運輸?shù)缆?，運礦廊道在東幫架設(shè)必然會影響目前的生產(chǎn)運輸，而南幫的東西向延伸長度較小，且因斷層切割導(dǎo)致了多次滑坡，不利于運礦廊道的架設(shè)與穩(wěn)定，因此，運礦廊道被設(shè)計架設(shè)于北礦段東側(cè)的西幫之上，自西幫北部的690 m臺階延伸至西幫南部810 m臺階，水平長度約1 km，垂直高差約120 m。

2.2 運礦廊道邊坡概況

烏山露天礦運礦廊道邊坡巖性以次英安質(zhì)角礫熔巖為主，北部為次斜長花崗斑巖，巖體中含有少量蒙脫石等黏土成分。運礦廊道上部邊坡（720 m水平以上）的整體邊坡角為51°，735～765 m并段臺階的臺階坡面角為60°，為典型的陡幫并段開采邊坡（圖2）。F4斷層穿過運礦廊道邊坡中部，該斷層走向長約2 km，傾向延深840 m，走向55°，傾向北西，傾角75°，沿斷層產(chǎn)生幾米至十幾米寬的擠壓破碎帶，見斷層泥，并有晚期流紋斑巖等脈巖充填。

近年來，在運礦廊道邊坡各平臺受F4斷層IV級結(jié)構(gòu)面影響的區(qū)域陸續(xù)發(fā)現(xiàn)沉降、巖體開裂等邊坡破壞現(xiàn)象，個別區(qū)域甚至出現(xiàn)了滑坡，影響到礦山后續(xù)安全生產(chǎn)及運礦廊道的施工進度。而一旦運礦廊道施工完成并開始運轉(zhuǎn)，則運礦廊道邊坡的穩(wěn)定性是保證供礦的基礎(chǔ)條件，因此，必須對該處邊坡的失穩(wěn)機理進行分析，并針對性地進行加固。

2.3 運礦廊道邊坡滑坡及其機制

運礦廊道施工前，運礦廊道邊坡735～765 m并段臺階較為破碎，且出現(xiàn)過3次滑坡（圖3），其中，2次發(fā)生于斷層F4處，1次發(fā)生于斷層F4北側(cè)約50 m的IV級結(jié)構(gòu)面處。3次滑坡均為楔形體滑坡，滑坡范圍小于30 m且為淺層破壞。

因此，從邊坡角度、滑坡發(fā)生的空間位置、滑坡形態(tài)上分析，可以推斷運礦廊道邊坡的滑坡機制為斷層及多組結(jié)構(gòu)面切割作用下形成潛在楔形滑坡體，在凍融、降雨、爆破振動影響因素作用下，潛在楔形滑坡體與基巖摩擦阻力逐漸降低［5］，導(dǎo)致楔形體最終從高陡基巖邊坡滑落。

雖然斷層F4也延伸至765 m以上臺階，但由于上部斷層厚度逐漸減小甚至尖滅，臺階坡面角及臺階高度逐漸降低，故未發(fā)生滑坡現(xiàn)象。

2.4 運礦廊道邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)邊坡破壞機制，基于極限平衡方法，利用Geo-slope軟件自動搜索危險滑面對運礦廊道邊坡剖面進行穩(wěn)定性分析。由運礦廊道邊坡穩(wěn)定性評價結(jié)果可知（圖4），潛在滑動面破壞模式下安全系數(shù)為1.05，小于烏山露天礦安全儲備系數(shù)1.20。此結(jié)果表明，運礦廊道邊坡自然狀態(tài)下不能保持穩(wěn)定，所以要進行針對性的邊坡加固措施，保證運礦廊道的正常運行。

3 運礦廊道邊坡加固

運礦廊道邊坡經(jīng)歷過3次滑坡后暫時處于平衡狀態(tài)，但仍存在二次滑塌的可能性。為了保證該處運礦廊道安全運轉(zhuǎn)，必須對該處邊坡進行加固處理。

3.1 加固方案的選擇

露天礦山邊坡加固措施包括削坡減載、回填壓坡腳、降水疏干、人工加固措施。

削坡減載是通過改變邊坡形狀，降低邊坡高度或者放緩邊坡角，永久性地改變邊坡巖體應(yīng)力狀態(tài)。由于運礦廊道邊坡為陡幫并段開采，且頂部臺階已到界，削坡范圍受限，進一步削坡可能會增加滑坡的隱患。

回填壓坡腳是采用土石等材料堆填滑坡體前緣，以增加抗滑能力。由于滑坡位置高、平臺寬度較小且下部臺階未到界，加之運礦廊道占用平臺，回填坡腳無可行性。

降水疏干的首要目的是把邊坡或者滑坡地段內(nèi)水壓力降到允許的程度，由于該區(qū)域無可見出水點，巖體較為干燥，可知地下水并非是引起本區(qū)域滑坡的主因，故降水疏干收效不大。

對于人工加固措施，主要分為兩大類：其一為提高巖體的黏結(jié)強度和增加滑動面摩擦力的主動式加固措施，比如預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿等措施；其二為被動支擋結(jié)構(gòu)的工程治理措施，比如各類擋墻、抗滑樁等。

擋墻一般只能加固一個臺階規(guī)模的滑體，由于其基腳不能有變位，它所能承受的滑坡推力是很有限的，且自身占用空間和自重較大，對下部邊坡安全穩(wěn)定不利。由于滑坡位置高、平臺寬度小且下部臺階未到界，加之運礦廊道占用平臺，擋墻亦無可行性。

抗滑樁一般布設(shè)于坡腳處用于抵抗滑坡體下滑產(chǎn)生的橫向荷載，由于運礦廊道邊坡滑坡位置較高，且抗滑樁所需的大尺寸鉆孔施工會對現(xiàn)有邊坡造成較大的擾動，因此在本次邊坡加固中，不建議采用抗滑樁。

錨桿（索）是一種埋入巖層深處的受拉桿件，它一端與工程構(gòu)筑物相連，另一端錨固在巖層中，以承受邊坡下滑力。預(yù)應(yīng)力錨索是對滑坡體進行主動抗滑的加固治理措施，通過預(yù)應(yīng)力的施加，增強滑帶的法向應(yīng)力和減少滑體下滑力，有效地增強滑坡體的穩(wěn)定性。該方法對邊坡高度、平臺寬度要求較低，因此，十分適合運礦廊道邊坡的加固。

3.2 錨梁加固

烏山露天礦目前的采選能力已達8.5萬t/d，采場內(nèi)頻繁的爆破振動荷載會逐漸弱化巖體結(jié)構(gòu)面強度，增加結(jié)構(gòu)面的開度，使雨水更易滲入其中，進一步降低結(jié)構(gòu)面強度，導(dǎo)致楔形滑坡再次出現(xiàn)。

若采用單純的錨桿（索）加固，容易因加固位置選取不當導(dǎo)致加固失效，比如，潛在楔形滑坡體處未安裝錨桿（索）。因此，為了提高加固效果，可采用格構(gòu)梁的加固方式，即采用錨（錨桿、錨索）梁（橫豎框架梁）結(jié)構(gòu)來對邊坡進行加固（圖5）。該加固方式可將錨桿（索）的張拉力均布在整個加固范圍內(nèi)，使加固邊坡體處于完全壓縮狀態(tài)，減小結(jié)構(gòu)面開度，增加結(jié)構(gòu)面強度，提高邊坡抵抗爆破振動荷載的能力。

除此以外，運礦廊道邊坡巖體中含有少量蒙脫石、伊利石等黏土礦物，在凍融、降雨作用下，這些黏土礦物的體積膨脹會加速巖體的破壞，因此，還需要對邊坡上的裸露巖體進行噴射混凝土，以降低水巖的相互作用。

3.3 加固效果檢驗

為了檢驗邊坡加固的效果，在加固區(qū)域上方795 m臺階處安裝了深孔測斜儀來監(jiān)測坡體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形狀態(tài)。監(jiān)測鉆孔深50 m，共安裝6個測斜儀傳感器，深孔測斜儀在錨索張拉（2020年10月）前2個月開始正常運轉(zhuǎn)并采集數(shù)據(jù)。圖6為深孔測斜儀監(jiān)測結(jié)果，X軸為傳感器水平位移，Y軸為傳感器埋深，從圖中可以看出錨索張拉后邊坡的變形量，尤其是更加靠近錨索的孔底附近，出現(xiàn)了明顯的降低，并在隨后的時間內(nèi)保持穩(wěn)定，說明目前的邊坡穩(wěn)定性和加固效果良好。

4 結(jié)論

（1）對于運礦廊道的選址，南礦段及北礦段西側(cè)目前的開挖深度小、到界臺階的總高度小且距離選廠遠，北礦段東側(cè)的東幫為主要運輸?shù)缆罚蠋烷L度較小且因斷層切割導(dǎo)致了多次滑坡，因此，從穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益方面考慮，運礦廊道架設(shè)于北礦段東側(cè)的西幫更為合理。

（2）基于邊坡地質(zhì)構(gòu)造、歷史滑坡體形態(tài)、滑坡發(fā)生空間位置的分析結(jié)果，確定運礦廊道邊坡的主要滑坡機制為斷層及多組結(jié)構(gòu)面切割作用下形成潛在楔形滑坡體，凍融、降雨、爆破振動影響因素作用下，潛在楔形滑坡體與基巖摩擦阻力逐漸降低，導(dǎo)致的楔形體最終從高陡基巖邊坡滑落。

（3）針對運礦廊道邊坡滑坡隱患，根據(jù)實際情況比選多項邊坡加固措施，選用錨（錨桿、錨索）梁（橫豎框架梁）結(jié)構(gòu)加噴混凝土的方式來對邊坡進行加固。加固區(qū)域的監(jiān)測結(jié)果表明，當前加固效果較好，說明此加固措施有效提高了邊坡穩(wěn)定性，對今后的邊坡設(shè)計與滑坡治理有一定參考意義。