某露天礦山邊坡穩定性分析及關于采場邊坡安全概述

王艷茹，劉華飛

摘 要：計算露天采場邊坡角是否合理，綜合分析露天礦山邊坡穩定性。運用工程技術手段消除物的不安全因素，嚴格落實邊坡的安全技術措施，并設置專用安全設施。

關鍵詞：露天礦山；邊坡角；穩定性分析；邊坡安全

露天礦山采場邊坡穩定性程度，對于采礦安全生產具有重要意義。

1 礦山工程概述

1.1 開采方式

根據礦床賦存條件、礦床開采技術條件及礦床開采現狀，該礦床適合露天開采，故本次設計仍采用露天開采方式。

1.2 開采范圍

開采深度：380m至250m，礦區面積0.35km2。

礦山開采順序，自南向北。南部采場邊界距離礦山現有5t炸藥庫500m，符合安全距離要求。采場南部服務年限為30年，采剝結束后，將炸藥庫移至采場南部，保證開采北部采場時，采場與炸藥庫的距離達到500m。

1.3 露天開采境界

（1）露天開采境界圈定原則。①圈定的露天開采境界內采出的礦石有盈利。②盡可能把較多的礦石圈定在露天開采境界內，充分利用資源，發揮露天開采的優越性。③所圈定的露天采場的最終邊坡角，小于邊坡穩定所允許的角度，確保露天采場邊坡的穩定，保證生產安全。根據本礦巖石的物理力學性質、地質構造、水文地質條件、深度、開采技術條件和邊坡存在時間，經分析和類比，確定該露天采場最終邊坡角最陡處控制在48°以內。④礦山規模與礦山服務年限相適應的原則。

（2）露天采場最終邊坡要素的確定。露天采場最終邊坡要素的確定考慮了礦、巖的物理機械性質、開采深度和開拓運輸布置要求等條件。圈定境界時采用的數據：臺階高度12m（最終境界每2個臺階并段，并段后高度24m）；最終臺階坡面角：60°；生產臺階坡面角：60°；平臺寬度：9m；道路寬度：9m；道路縱坡：8%；道路緩坡段長度：60m。

1.4 礦區地理位置

礦區位于黑龍江省雞西市。

1.5 生產規模及服務年限

礦石開采規模為30萬t/a（水泥用大理巖），年工作300天，每天1班，每班8小時。

1.6 開拓運輸系統

根據礦床埋藏條件和地形條件，礦山開拓采用公路開拓方式，采用螺旋式固定坑線，道路寬8m，最大縱坡8%，最小曲率半徑15m。

開采終了時，露天采場形成臺階為：250m、262m、286m、310m、334m、358m。（每兩個臺階并段）

2 采場邊坡分析

2.1 最終邊坡角的選擇

露天礦最終邊坡角的大小，對邊坡穩定及剝采比均產生重大影響，包含著安全和經濟兩大因素。因此，設計所追求的是在確保露天礦邊幫穩定的前提下，最終邊坡角盡可能大些，以減少剝離量。

選擇最終邊坡角主要根據組成邊幫的礦巖物理性質、地質構造、水文地質、開采深度等因素。因該礦工程、水文地質均屬簡單型，故設計采用目前礦山設計中普遍使用的類比法，即參照類似礦山實際資料或《新編礦山采礦設計手冊》選取。

根據本礦巖石性質，參考國內類似礦山情況，經分析和類比，根據礦石和圍巖的硬度系數為7～10，參考“大冶鐵礦”，上盤圍巖為閃長巖，下盤圍巖為大理巖，該礦臺階坡面角為60°～65°，最終邊坡角為42°～52°，類比法確定該露天采場臺階坡面角控制在60°。最終邊坡角最陡處不超過48°。符合相關規定，能夠滿足邊坡穩定的需要。

2.2 工作臺階坡面角的選擇

該礦礦體為大理巖，巖石穩固性屬堅固類型，參照類似礦山實際資料，確定礦山露天采場工作臺階坡面角為60°，符合規程的有關要求。

2.3 影響邊坡穩定的主要因素

巖性與巖體結構：雖然礦區礦石較堅硬，但是一旦巖體中存在不利方位的節理、劈理等結構面，則不高的臺階、邊坡也可能發生破壞。

水：水對邊坡穩定性影響很大，在降雨和冰雪解凍季節，很容易發生臺階、邊坡滑坡和崩塌事故。

爆破：爆破也是影響臺階、邊坡穩定的重要因素，因爆破震動而產生龜裂帶是導致邊坡巖體滑動或崩塌的主要原因之一。

其它：包括臺階高度、臺階坡面角、巖體風化作用、人為因素（如臺階上堆積過多設備和廢雜物）等。

2.4 邊坡穩定性計算

臺階坡面角60°，礦床開采最終邊坡角為60°，邊坡穩定性計算如下：

根據n=tgφ/tgβ+4c/ρhsin2β

式中：ρ-巖體的重力密度，26.6KN/m3；h-滑動巖體由坡頂至滑面的高度；c-滑動巖石的內聚力，取22；φ-滑動巖體的內摩擦角，取70°；β-滑面傾角。

當開采坡面高度10m，傾角β=60°時，

則n=■+■=1.59+0.66=2.3>1

當終了幫坡角β=60°，坡面高度最高23m時，

則n=■+■=1.59+0.29=1.9>1

因此終了邊坡穩定。

2.5 邊坡坍塌對周邊建筑物安全的影響

根據礦巖物理性質、工程及水文地質情況，所選取的最終邊坡角是比較恰當的，與同類礦山及相關資料相比，也是較為穩妥的。尤其是該礦規模小，開采深度小，工程與水文地質條件簡單，其邊坡的穩定性較好，不易發生坍塌事故。

礦區周圍1km內無其它礦山，礦部生活區等設施均在礦區范圍200m以外，采場邊坡對其安全性無任何影響。

總之，礦山露天開采采用自上而下分層深孔爆破法開采的安全可靠性較好。

3 采場邊坡安全概述

3.1 邊坡的安全技術措施

（1）礦山采用深孔爆破，嚴格按照《金屬非金屬礦山安全規程》的有關要求進行開采作業。（2）注意排干臺階上的積水，設法減少或避免地表水向臺階、邊坡巖體滲透，尤其要防止地表水進入臺階、邊坡表面的裂隙中，特別在大氣降雨較為頻繁和冰雪解凍時節，更要采取一些截排水措施。（3）生產過程中要經常察看臺階邊坡、開采工作面兩幫邊坡的穩定情況，發現異常情況要及時處理，情況危急時應果斷地撤離人員和機械設備。（4）對有滑動、崩塌跡象的臺階、邊坡，應及時地進行削坡減載，在處理過程中要特別注意作業人員的安全。（5）對采場工作幫應每季度檢查一次，高陡邊幫應每月檢查一次，不穩定區段在暴雨過后應及時檢查，發現異常應立即處理。（6）鄰近最終邊坡作業，應采用控制爆破減震；應保持臺階的安全坡面角，不應超挖坡底；局部邊坡發生坍塌時，應及時報告礦有關主管部門，并采取有效的處理措施；每個臺階采掘結束，均應及時清理平臺上的疏松巖土和坡面上的浮石，并組織礦有關部門驗收。（7）對運輸和行人的非工作幫，應定期進行安全穩定性檢查（雨季應加強），發現坍塌或滑落征兆，應立即停止采剝作業，撤出人員和設備，查明原因，及時采取安全措施，并報告礦有關主管部門。（8）露天采場各作業水平上、下臺階之間應嚴格保持設計中的超前距離。不應從下部不分臺階掏采。采剝工作面不應形成傘檐、空洞等。（9）邊坡浮石清除完畢之前，其下方不應生產；人員和設備不應在邊坡底部停留。（10）在境界外鄰近地區堆卸廢石時，應遵守設計規定，保證邊坡的穩固，防止滾石、滑塌的危害。并且排土場不應成為作用于邊坡的附加荷載。（11）邊坡監測系統設計，應根據最終邊坡的穩定類型、分區特點確定各區監測級別。對邊坡應進行定點定期觀測，包括坡體表面和內部位移觀測、地下水位動態觀測、爆破震動觀測等。技術管理部門應及時整理邊坡觀測資料，據以指導采場安全生產。對存在不穩定因素的最終邊坡應長期監測，發現問題及時處理。

3.2 專用安全設施概述總結

（1）為了保證爆破安全，設計在爆破警戒圈附近設爆破警戒線，爆破時分時段發出聲（光）預警信號、起爆信號、解除信號，在安全位置設置堅固的避炮棚。（2）為了保證邊坡安全，設計對舊露天采場邊坡進行清除浮土浮石，對局部不穩固邊坡設置擋土墻、抗滑樁等設施。（3）對與舊采坑相連的工作面設置圍欄、安全護欄、警示標識，當作業人員靠近舊采坑作業時必須系好安全繩、戴好安全帽。（4）對礦區道路在相應地段設置錯車道、緩坡段、擋車墻、限速標識、安全警示標識等。

4 結束語

經計算，該礦山采場邊坡較為穩定。嚴格執行邊坡安全技術措施，置辦專用安全設施，可保證該礦山生產，安全可靠。