礦山高陡邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡預(yù)警技術(shù)

陳啟霖，姚 羅

（四川省冶勘設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610051）

在我國綠色礦山的不斷推進(jìn)下，各個(gè)礦山企業(yè)也推進(jìn)了礦山建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)礦山邊坡穩(wěn)定性也是綠色礦山十分重要考核指標(biāo)，邊坡穩(wěn)定性是在礦山生產(chǎn)以及安全工作中有著十分重要地位，礦山是一種采礦作業(yè)面而存在，其形態(tài)可以在一定程度上受到采礦作業(yè)以及作業(yè)條件的影響，同時(shí)要求邊坡工程可以滿足采礦作業(yè)的要求，進(jìn)而服務(wù)采礦技術(shù)，邊坡工程的安全性也會(huì)在影響著采礦作業(yè)，掌握邊坡穩(wěn)定性的失穩(wěn)原因以及防治措施，對(duì)指導(dǎo)邊坡穩(wěn)定工作和礦山以后的發(fā)展有著較為重要的作用。

1 礦山邊坡相關(guān)概述

通常而言，礦山開采工作也是我國能源開采工作中十分重要工作，在其施工過程中，礦山邊坡現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)，并且其形成較長時(shí)間也會(huì)剝離以及采礦工作推進(jìn)以后出現(xiàn)相關(guān)較為特別的安全建筑物。一般是通過巖石構(gòu)造的。在礦山采礦工作的推進(jìn)下，邊坡也會(huì)形成一定的臨空面，造成了之前的原本巖體承受應(yīng)力的情況也會(huì)有改變出現(xiàn)。在礦山施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行采礦推進(jìn)前，也會(huì)把應(yīng)力場自身平衡狀態(tài)維持在合理的范圍中。然而通過較長時(shí)間采礦推進(jìn)，也會(huì)因?yàn)橹T多因素導(dǎo)致之前應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，構(gòu)成應(yīng)力集中區(qū)，此種應(yīng)力集中區(qū)通常在礦山邊坡頂部的交線位置，導(dǎo)致之前應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破構(gòu)成了應(yīng)力集中區(qū)，則其通常處于礦山邊坡頂部交線的位置，此種應(yīng)力則應(yīng)該被擴(kuò)散到一定范圍后，那么就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)邊坡問題。

2 對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的主要因素分析

（1）地質(zhì)因素的影響。在當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境下會(huì)對(duì)巖石造成較大影響，比如說氣候變化會(huì)影響到巖石風(fēng)化程度，一旦巖石出現(xiàn)風(fēng)化，導(dǎo)致硬度降低。此外，巖石的抗壓能力和吸水能力也會(huì)影響到邊坡穩(wěn)定性。

（2）人為因素的影響。在進(jìn)行礦山開采時(shí)，工作人員也會(huì)使用到爆破技術(shù)，在爆破的過程中會(huì)出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的震動(dòng)，進(jìn)而對(duì)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定影響，如此就會(huì)導(dǎo)致邊坡的一些位置有裂縫發(fā)生。在進(jìn)行開采中，一旦一些單位疏于管理造成了開采順序較為混亂和開采方向出現(xiàn)問題，那么就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的情況。

（3）環(huán)境因素的影響。因?yàn)殚_采地環(huán)境也會(huì)對(duì)邊坡失穩(wěn)造成較大影響，一旦當(dāng)?shù)氐慕邓科笸瑫r(shí)雨季較為集中的話，則容易導(dǎo)致出現(xiàn)滑坡的情況。此外，溫度變化也會(huì)對(duì)其有所影響。比如說溫度其變化較快，就會(huì)造成巖石風(fēng)化程度家中，導(dǎo)致硬度的降低，環(huán)境因素的影響作為不可控因素，因此要求人員提前進(jìn)行了解，盡量選擇當(dāng)?shù)氐木唧w情況進(jìn)行適合的防護(hù)措施。

3 增強(qiáng)礦山邊坡穩(wěn)定性的相關(guān)措施

（1）對(duì)開采順序進(jìn)行合理安排進(jìn)而確定邊坡參數(shù)。在礦山生產(chǎn)進(jìn)行中，應(yīng)該堅(jiān)持從上到下的順序，做好放井以及斜孔，禁止對(duì)工作臺(tái)階底部位置進(jìn)行開采，避免邊坡構(gòu)成傘狀巖石以及空隙。可以通過分層開采，高度比較高采場劃分成為若干個(gè)臺(tái)階，可以降低邊坡的高度。臺(tái)階高度應(yīng)該依據(jù)巖石性質(zhì)和采掘設(shè)備進(jìn)行綜合分析和考慮，一般取值10m～15m，臺(tái)階太低不經(jīng)濟(jì)，過高則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)安全隱患。臺(tái)階坡面角的大小則從礦巖的性質(zhì)入手進(jìn)行分析，松軟穩(wěn)定狂言臺(tái)階坡面角通常不會(huì)高于自然安息角，比較穩(wěn)固的礦巖臺(tái)階坡面則應(yīng)該低于50°；堅(jiān)硬穩(wěn)定礦巖的臺(tái)階坡面角應(yīng)該低于70°。最后的邊坡角度應(yīng)該依據(jù)巖石性質(zhì)，水文地質(zhì)環(huán)境、開采深度、邊坡生存期等諸多因素進(jìn)行考慮和分析，安全平臺(tái)可以根據(jù)最后邊坡角進(jìn)行確定，進(jìn)而綜合考慮后期治理維護(hù)的需求。同時(shí)應(yīng)該充分應(yīng)用控制作爆破技術(shù)等來確保最后坡面的完整性。

（2）對(duì)開采環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格控制。在實(shí)際中必須嚴(yán)格控制開采環(huán)境，有效降低邊坡失穩(wěn)情況，要求確保此地區(qū)的滿足開采條件后，工作人員才能不斷開展后續(xù)的規(guī)劃工作。在正式開采之前，與之相關(guān)的單位根據(jù)以前制定方案，合理開展開采工作，為了避免邊坡有空洞情況出現(xiàn)，在進(jìn)行開采中，應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)掏底開采的形式，在底部有空洞出現(xiàn)后，則邊坡整體穩(wěn)定性有一定的影響。在實(shí)際施工中，與之相關(guān)的工作人員必須結(jié)合礦山的特征，采用合適的開采技術(shù)。

（3）控制各項(xiàng)參數(shù)。為了確保邊坡的穩(wěn)定性，那么就要求對(duì)其做好綜合性治理工作，在該過程中，第一需要工作人員做好對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的控制和監(jiān)督，一般控制對(duì)象包括有平臺(tái)的寬度和臺(tái)階的高度。邊坡的寬度并非是固定的，要求從實(shí)際用途出發(fā)確定寬度范圍，平臺(tái)通常有三種類型；首先是應(yīng)用在工作的平臺(tái)，其次是應(yīng)用在運(yùn)輸?shù)钠脚_(tái)，第三種是清掃平臺(tái)。這三種類型對(duì)平臺(tái)寬度要求有一定區(qū)別，工作平臺(tái)要求寬度較寬，通常要求確保在30m的范圍內(nèi)，但是運(yùn)輸平臺(tái)和清掃平臺(tái)則需要控制在6m～7m的范圍內(nèi)容內(nèi)。此外，臺(tái)階的高度也應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)進(jìn)行確定，工作人員要求把爆破技術(shù)要求和礦巖的分布情況進(jìn)行考慮。

（4）嚴(yán)格控制開采技術(shù)。為了確保開采效率符合要求，降低邊坡失穩(wěn)問題出現(xiàn)，那么就要求工作人員做好對(duì)開采技術(shù)嚴(yán)格管理。在工作期間，相關(guān)工作人員應(yīng)該對(duì)開采臺(tái)階的高度做好控制，進(jìn)而確保開采順序符合要求。在工作中，相關(guān)人員必須遵守從上到下順序，在選擇開采技術(shù)時(shí)，盡量避免出現(xiàn)掏底開采，避免對(duì)邊坡造成空洞問題。

（5）對(duì)采礦行為進(jìn)行約束。在掌握礦區(qū)結(jié)構(gòu)環(huán)境下，做好對(duì)整個(gè)開采流程進(jìn)行合理規(guī)劃，并且注重充分考慮道諸多方面的因素，選擇合適的爆破形式。在進(jìn)行爆破施工作業(yè)時(shí)，除了應(yīng)該選擇合適的爆破技術(shù)外，還需要對(duì)爆破工作區(qū)進(jìn)行合理劃分，把工作區(qū)的彈藥量控制合理范圍中。因?yàn)椴傻V廢料出現(xiàn)堆積，機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的荷載力，因此在礦山開采進(jìn)行中，要求對(duì)機(jī)械設(shè)備和廢棄石料做好管理，同時(shí)定期清理生活垃圾以及爆破出現(xiàn)的廢石料，可以把重力荷載控制在科學(xué)的范圍中，進(jìn)而在最大程度降低荷載對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，需要注意的是，礦山開采禁止出現(xiàn)掏采，避免因?yàn)樘屯诹枯^大而出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的問題。

（6）選擇合適的邊坡加固處理技術(shù)。除了使用相關(guān)預(yù)防措施外，對(duì)于初心失穩(wěn)問題的邊坡而言，要求開展清理以及加固處理，一般來說，主要是清理邊坡上積累的垃圾雜物以及廢棄石料，對(duì)出現(xiàn)崩塌的邊坡做好修整加固，實(shí)現(xiàn)邊坡安全穩(wěn)定性提升。

與此同時(shí)，對(duì)巖石構(gòu)造，紋路節(jié)理有著明顯缺陷的邊坡，可應(yīng)用擋滑墻、抗滑樁和邊坡注漿等人工干預(yù)措施，可以實(shí)現(xiàn)提升邊坡穩(wěn)定性。并且，定期開展邊坡巡查以及維護(hù)，確保邊坡的安全穩(wěn)定性，增加開采作業(yè)的安全系數(shù)。

（7）全面統(tǒng)籌精心施工。在選擇采礦技術(shù)、作業(yè)工作面以及采區(qū)布置等推進(jìn)方式和采空區(qū)在應(yīng)用中，可以結(jié)合邊坡工程，進(jìn)行統(tǒng)籌發(fā)展，同時(shí)實(shí)施排壓腳滑坡防止措施，最大程度降低傾倒滑移，依據(jù)圍巖形式結(jié)構(gòu)，科學(xué)選擇支護(hù)技術(shù)，不斷提升邊坡穩(wěn)定性，合理控制邊坡變形。降低邊坡圍巖暴露時(shí)間，對(duì)于比較破碎地帶可以以預(yù)注漿，提升巖石強(qiáng)度以及封堵水流等措施進(jìn)行推進(jìn)。實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定的安全標(biāo)準(zhǔn)化，嚴(yán)格依照開采設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行作業(yè)施工，并且可以預(yù)留充足的作業(yè)平盤寬度，控制工作幫和非工作幫邊坡角。并且合理組織爆破施工，邊坡較為頻繁受到爆破震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低，精細(xì)化爆破施工就會(huì)導(dǎo)致爆破震動(dòng)控制在安全范圍中，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行合理維護(hù)。

（8）加強(qiáng)邊坡監(jiān)測預(yù)警工作。保證礦山邊坡穩(wěn)定性是進(jìn)行礦山安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，必須科學(xué)應(yīng)用技術(shù)措施，應(yīng)用無人機(jī)跟蹤巡查，同礦山建設(shè)工作進(jìn)行結(jié)合推進(jìn)，建立智能邊坡安全監(jiān)測體系，為了邊坡日常養(yǎng)護(hù)，監(jiān)測以及管理提供具體有，應(yīng)該定期組織人員做好巡視監(jiān)測工作，掌握邊坡的位移以及便面裂縫和變形問題，對(duì)于邊坡失穩(wěn)的情況制定事故救援預(yù)案，避免事故的逐漸擴(kuò)大。

（9）加強(qiáng)防水排水工作。第一應(yīng)該做好礦山的防汛工作，對(duì)排水溝以及截水溝進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以貫通到主要的泄洪河道或者是遠(yuǎn)離邊坡位置，降低采場積水以匯集到邊坡位置。第二應(yīng)該做好抑制延緩軟巖邊坡蠕動(dòng)變形問題，做好疏干減壓，降低因?yàn)榈叵滤畬?dǎo)致邊坡變形，應(yīng)用集水井、平孔排水以及滲井等措施，促使水不會(huì)在滑坡的范圍中，增加邊坡穩(wěn)定性。根據(jù)礦山的具體實(shí)際，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)礦山疏干排水工程則是有效延緩邊坡形狀突變的措施。

4 礦山滑坡災(zāi)害預(yù)警措施

（1）人工智能模型的應(yīng)用?？梢詫?duì)礦山滑坡災(zāi)害建立預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)之時(shí)，第一應(yīng)該對(duì)滑坡的狀態(tài)信息做好檢測，包括的內(nèi)容有滑動(dòng)機(jī)制、潛在誘發(fā)因素、閾值。并且需要對(duì)此種信息狀態(tài)做好綜合分析，把分析結(jié)果可以嵌入到預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)中，進(jìn)而充分發(fā)揮出預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的功能。那么就要求工作人員通過長期位移監(jiān)測的形式來對(duì)滑坡變形失穩(wěn)的情況進(jìn)行檢測，最大程度降低滑坡災(zāi)害導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）突變理論預(yù)報(bào)模型的應(yīng)用。一般對(duì)突變理論來說，第一應(yīng)該是同法國數(shù)學(xué)家了勒內(nèi)托姆提出，此理論的特點(diǎn)為，在其過程中具備著一定的連續(xù)性，并且結(jié)果不具備連續(xù)性。在滑坡出現(xiàn)前，地表結(jié)構(gòu)位移有著連續(xù)性，然而在滑坡出現(xiàn)時(shí)，滑坡土體運(yùn)動(dòng)有著不連續(xù)性，其正好符合突變理論的特點(diǎn)的原則。所以對(duì)于突變理論來說，在滑坡災(zāi)害預(yù)報(bào)模型應(yīng)用中，是一種較為科學(xué)合理的數(shù)學(xué)工具。

5 結(jié)語

根據(jù)前文所述，露天礦山邊坡穩(wěn)定性并非是通過單一性因素而有所影響，主要是在礦山內(nèi)部同外部等諸多因素的共同影響下構(gòu)成，內(nèi)部因素為包含邊坡自身巖體特征以及機(jī)構(gòu)。外部因素包括內(nèi)容有人類采礦活動(dòng)的不斷推進(jìn)，植被、地表水等諸多因素的影響。對(duì)于解決這種問題，要求積極使用避免露天礦山邊坡穩(wěn)定性災(zāi)害方法進(jìn)行解決，不斷提升露天礦山邊坡的穩(wěn)定性質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)采礦效益的增加。