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豫西某铝矿露天采场边坡稳定性影响因素简析
编辑时间: 2014-04-14 来源: 科技视界 作者: admin 浏览次数: 2996 次

韩文斌1 王三彬2 黄海强1
(1.中铝矿业有限公司,河南 郑州 450000;2.河南东大矿业有限公司,河南 郑州 450000)

   【摘 要】露天采场边坡稳定问题既一个安全问题又是一个技术性问题,涉及到矿山开采方案的合理性、投资与收益、开拓等生产工艺,目前豫西铝土矿开采已进入高潮阶段。边坡稳定技术作为开采中的主要因素,其稳定控制就显得尤为重要。本文结合对豫西露天采场边坡的长期观察,对其变形破坏特征进行简析。
   【关键词】采场;边坡;稳定;变形;破坏

1 采场地层岩性
   矿区出露地层有奥陶系、石炭系、二叠系及第四系。
   (1)中奥陶统马家沟组(O2m):区内仅出露该层上部的80m左右,广泛分布于采场,岩层走向一般为北西南东,倾向北东20°,倾角15°左右,岩性为白云质灰岩、泥质及块状灰岩。由于沉积后长期出露地表经受风化剥蚀,顶面常呈凹凸不平,顶部时有缺失,与上覆石炭系地层呈平行不整合接触。
   (2)中石炭统本溪组(C2b):为本区含矿地层,多出露于区内南部山顶及山腰一带,直接覆盖于奥陶系侵蚀面上,产状与下伏岩层基本一致。由于地形及河流与沟谷的切割,该层出露呈不规则的连续或不连续的蛇曲带状。岩性为铝土页岩、铝土矿、煤线或炭质页岩。
   (3)上石炭统太原组(C3t):直接覆盖于本溪组上,呈整合接触,岩性为无烟煤层、炭质页岩、层状灰岩、粗粒及中粒石英砂岩、砂质页岩或页岩。
   (4)下二叠统(P1):在区内零星分布,一般距矿体出露较远,与下伏地层整合接触。
   (5)第四系(Q):主要为黄土,不整合于各系地层之上,多分布在矿区中部地表及北部低洼地带。
2 影响露天采场边坡稳定的因素
2.1 地质条件
    铝土矿露天采场边坡由不同工程地质条件的岩石及结构面组成,岩石是在一定地质条件下,由各种矿物按一定规律聚集形成,岩石的矿物组成和结构构造对岩石的性质起主要作用,主要影响岩石的物理力学性能和强度,对岩体性质乃至边坡稳定起重要作用。如边坡中出现顺层层状页岩、泥灰岩等等均容易导致采场边坡的失稳,乃至滑坡崩塌等地质灾害。岩体中的结构面都是软弱面,地下水比较容易渗入,易破碎、风化,结构面中的裂隙容易被风化后的矿物充填形成软弱带,导致其岩体抗剪强度降低,破坏岩石的完整性,结构面状况直接决定边坡的稳定性,滑坡、滑塌等地质灾害一般沿软弱结构面产生滑面。
    另一方面,结构面的存在,容易使地表水流进入,潜蚀、软化等,入渗结果会使岩体整体性和强度大幅度降低。露天矿的滑坡、滑塌多发生于雨季或解冻期间,边坡稳定性研究中,对岩体地下水的赋存情况、动态变化、边坡变形监测以及智力措施均进行详细定量评价,地下水的影响主要为静水压力和动水压力。
2.2 采场设计
    露天采场设计也是影响边坡稳定的重要因素,要综合铝土矿产状、埋藏条件、力学性能等因素综合确定台阶高度及平台宽度,进而满足穿孔爆破及开采、运输等要求。豫西铝矿露天采场台阶高度一般为10-12m,平台宽度6-10m。平台宽度减小不仅影响采矿边坡角,也会影响边坡的稳定,平台最小宽度应以边坡稳定为前提,综合考虑采矿、运输、经济等合理性。
    矿山开采深度和开采边坡角会对露天矿边坡稳定性造成一定影响,在边坡角相同的情况下,开采深度越大,边坡越易失稳,因为边坡自重加大岩体本身剪应力增加,会造成边坡潜在滑体的下滑力增加而且抗滑力减小,同样采深下,边坡角越大,采场越趋于不稳定。开采顺序和推进方向对露天矿边坡岩体稳定性和整体性有重要影响,开采顺序不合理或者台阶掏底开采都可能使边坡台阶变形失稳,进而影响整个采场的安全。
2.3 震动因素
    在露天矿开采过程中,穿孔爆破是经常性、长期性的一项作业。爆破震动不可避免会对边坡产生影响。当爆破地震波在岩体中传播时,给岩体的潜在滑动面以附加水平振动力,使得原生、此生结构面的规模增大,爆破、震动产生的爆破裂隙能成为此生不稳定结构面,从而破坏岩体的整体结构和完整性,严重降低整体的强度和抗剪性能,从而易导致露天矿边坡失稳。此外,露天矿开采、运输平台上的机车、运输设备和挖掘作业等设备的振动力对露天矿整体边坡稳定也有影响,有时会出发局部的滑动。
2.4 其他因素
    风化、剥蚀、冲刷等因素会导致岩体内原生结构面和构造结构面的规模增大,越发脆弱,条件恶化并可能产生风化裂隙等次生结构面。同时长期的风化、剥蚀、冲刷会是岩石本身的抗压、抗剪强度降低,尤其是对一些抗风化性能较差的软岩,降低程度更大,对比采场边坡稳定不利。
    不健全的制度或是人员的低素质,对边坡稳定性影响认识不足,认为破坏边坡等均可能造成边坡失稳。如在坡脚开挖,坡顶台阶堆积大量废石和设备进而增大边坡潜在下滑力,减少抗滑阻力,增加边坡的不稳定性甚至导致破坏。
3 结论及建议
    以豫西露天矿采场边坡为例,阐述了容易导致采场边坡变形破坏的各种因素,并对重要性做了说明。地质条件以及岩体自身的性质是决定边坡稳定与否的首要条件属内因;采场工作面、平台设计、爆破振动等均属于外因,但不容忽视。
    建议以后采场作业时,加强地质调查、增加对地质、水文条件及岩体完整性的认识和了解,确定合理的开采边坡角、开采顺序、推进方向、平台宽度等,采用削坡卸荷、坡脚压覆进行增强边坡稳定性,特殊坡面采用锚杆锚索等方式支护。

                          【参考文献】
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[6]孙再南,等.大冶铁矿东露天采场的扩帮工程[C]//武钢矿业文集.2010,08.
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[责任编辑:刘帅]

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