矿山边坡的研究与管理

矿业快报庄世勇，本钢矿业有限责任公司南芬铁矿，高工，技术科科长。

014辽宁省本溪市南芬镇。

矿山边坡的研究与管理庄世勇高烈高毓山（南芬铁矿）价中有待深入研究的问题，并介绍了边坡日常管理和边坡治理、监测等工作。

1边坡研究管理的意义及重要性我国矿山边坡规模大，岩体条件复杂，在矿山基建和开采初期，矿坑较浅，岩体揭露程度有限，岩性、地质构造和水等影响边坡稳定的诸因素的作用以及边坡变形破坏等可能还未充分显现。随着采场不断加深，岩体构造大量出露，不利因素的显现、局部边坡变形破坏等的发生，会逐步显露边坡的内在规律。近年来我国在岩体构造规律与岩体结构定量评价、岩体水力学和岩体强度等方面的研究取得新成果，使边坡研究工作更有效地为矿山生产服务。

当前我国各行业大中型露天矿山一般都已进行过边坡稳定性的系统研究，基本上满足了矿山设计和生产需要，但日常边坡管理和针对某些问题所进行的更深入研究，还会贯穿于露天开采的全过程，生产矿山在边坡研究与管理的全过程中起着不可替代的作用，通过边坡管理与研究，实现最大经济效益的安全合理的边坡，应成为生产矿山永远争取的目标。

2深化边坡研究本钢南芬铁矿是国内大型露天铁矿之一。

80年代初期，有关勘察研究设计单位与矿山一起对南芬露天矿边坡进行了大量的勘察与研究工作，对采场各帮边坡稳定条件及相关问题进行了分析与评价，并就各主要因素对稳定边坡角的影响进行了敏感性分析，推荐了各边帮可供选择的边坡角，为矿山边坡设计和管理提供了重要基础。主要研究内容包括：（1）边坡岩体结构特征及破坏模式研究。通过边坡岩体工程地质测绘、节理测量、边坡现状调查和深部岩芯定向钻孔，查明岩体结构特征，在此基础上确定边坡可能破坏模式。此项研究的野外工作已完成，计测断层、节理、片理、层间错动面（光面）和岩脉等共560个地质点，进行26条详细线节理测量，测节理1328条，在此基础上对岩体构造规律和岩体结构特征进行分析研究，找出控制边坡稳定性的关键结构面，绘制工程地质图件，并进行了下盘边坡的工程地质分区。

（2）岩体地下水赋存特征及疏干研究。进行边坡和坑道出水点调查，进行专门水文地质试验和观测钻孔，分析边坡岩体中地下水赋存情况，并结合裂隙岩体水力学的理论方法进行岩体地下水渗流分析。设置专门的水平疏干平硐和钻孔进行边坡疏干试验研究。

（3）岩体力学性质试验、边坡稳定性分析及边坡整治和管理研究。在研究中除充分利用岩体出露条件进行地面详细测绘调查外，为弄清岩体深部情况，还特别安排了岩体深部勘察和试验工程。布设有：①3个专门水文地质试验观测孔，其中分三个孔段进行抽水试验和压水试验，每孔于不同深度埋设2～3个水压计，以测定不同深度特别是潜在滑面附近的水压②2个岩芯定向钻孔，全孔岩芯定向，所得数据与地面对比，用以掌握深部岩体断裂构造特征③2条水平疏干平硐和3个水平疏干钻孔。疏干平硐布设在水文观测孔的下部，在上部钻孔施工并测得水位后再施工，用以观测上部钻孔中水位变化情况，用以说明水的连通情况和岩体疏干特征。上述试验钻孔分别布设在4个剖面上。

一期工程施工Ⅰ、Ⅱ剖面上Ck1、Ck2两个水文试验孔和Dk8岩芯定向钻孔。此项试验工程正在实施中，并已取得初步结果。如Ck1孔中水位要以前期渗流计算所得水位低很多。

3生产矿山边坡管理生产矿山边坡管理一般包括为矿山边坡形成和运营创造良好条件的诸工程措施，如为减少水对边坡危害的防排疏水措施、靠帮控制爆破、边坡位移和地下水压监测以及不稳定边坡整治工程措施等。

南芬露天矿采用分期开采，最终边帮分期扩帮到位，当前仍处于山坡露天开采。采场下盘（5、6区）是原设计二期临时境界，原定还将向外扩帮，当时靠帮的边坡管理不够严格正规，主要表现在没有进行靠帮控制爆破，由于下盘边坡岩体中层间错动面（光面）发育，爆破破坏了坡底岩体，致使很多台阶和组合台阶靠帮和在不长时间内，就沿光面发生不同程度的变形和破坏，使清扫平台变窄或全部滑空，平台上浮石大量堆积，使边坡正常维护很困难。根据下盘局部境界调整方案设计，430m以上现有边坡不再扩帮，430m以下边坡适当加陡。

3.1清理浮石对采场下盘现有边坡平台上的浮石进行认真清理，以消除它们向下滚落对采场深部开采的威胁。此项工作从1993年开始至1999年基本完成，共清理浮石40多万t，为下部开采提供了安全条件。

3.2临近固定帮控制爆破。

露天矿开采过程中，生产爆破经常进行，且炸药用量很大，南芬露天矿1999年共爆破179次，平均每1.7d爆破一次，每次爆破总药量在70t左右。

爆破对边坡稳定性影响主要表现为爆破动力影响，爆破时炸药的爆能转化为在岩体中传播的地震应力波，直接作用于边坡岩体，稳定性计算中将爆破动力作为外载荷参与计算，对边坡稳定系数的影响程度一般为7～12，当爆破震动速度达到某一定值后（50cm/s），边坡即可出现变形和破坏。爆破常为露天矿边坡失稳的诱发因素，因此国内外露天矿开采中普遍采用控制爆破来保护固定帮边坡。露天矿固定帮控制爆破主要包括最大段药量控制和预裂爆破。南芬露天矿前期边坡研究中曾做过相关测试和研究。

（1）严格控制最大段药量。国内外研究经验表明，不同的质点振动速度将对工业建筑和露天边坡产生不同影响，如当质点振动速度为22～42cm/s时，软弱岩石表面裂隙深度较大，边坡个别地段可能产生滑坡和不大的崩落。质点振动速度与一次起爆药量及观测点距爆心的直线距离R′密切相关，一般用萨道夫斯基经验公式确定，通过现场实测确定公式中的有关系数，通过测震试验结果，南芬露天矿边帮水平向质点振动速度的经验公式为：拟采用最大限定爆破振动速度值V以此值代入上式即可求得不同的爆心距所允许的最大一段药量值。在南芬铁矿靠帮爆破中，爆心距一般为60m左右，与之对应的一段允许最大药量为1373.76kg.而实际的一段药量远远超过此值，以致临近固定帮爆破几乎都导致下盘边坡岩石局部垮落，因此必须采取措施尽量使一段药量降低到允许范围内。

（2）严格有效的预裂爆破。预裂爆破实质上是预先在固定帮台阶坡面上形成一条预裂缝的爆破。方法是沿设计边坡境界线布置一排密集炮孔，炮孔倾向倾角与台阶坡面倾向倾角一致，采用不耦合线性装药，超前于缓冲孔、主爆破孔首先起爆，预裂密集孔前方无自由面，孔与孔之间首先拉通，形成一条预裂缝（破碎带），待边坡形成后，预裂孔以半壁孔形式残留在台阶坡面上。预裂缝的作用有：由于预裂孔不耦合线装药而降低其炸药爆轰时的初压能，保护边坡岩体由于预裂孔超前于主爆孔起爆，预裂缝对爆破地震应力波起反射和吸收作用，减轻了震害，保护了固定帮边坡岩体由于预裂孔采用斜孔并布设在固定帮坡面内，因而减少固定帮岩体的超挖和欠挖，减少人工清坡量。

南芬铁矿于1985年曾在采场下盘进行过预裂爆破试验，曾取得降震率56.1的初步结果，但限于当时条件，预裂孔为45R型牙轮钻所钻的直径250mm的垂直孔，试验难于达到预期效果。采场下盘台阶和组合台阶多沿层间错动面形成，其倾角40～45°，平行边坡，与设计的组合台阶坡角基本一致。只有用斜孔钻机穿孔才能达到预期结果。南芬铁矿应考虑引进美国英格索兰公司生产的CM695D专用边坡预裂孔钻机，该钻机孔径102～165mm，一次穿凿孔深36m，可在固定帮宽4m的平台上穿凿可实施双并段台阶一次沿设计坡面穿凿预裂孔。首先在采场下盘开展预裂爆破试验，并将预裂爆破列为固定帮正常的靠帮工艺中，以有效地维护固定帮边坡。

3.3边坡的综合治理与监测矿山边坡的设计要兼顾经济和安全两个方面，即在开采期间不发生大规模的边坡破坏条件下使边坡尽量加陡，以获得最大经济效益。小规模的涉及组合台阶和多个组合台阶的边坡变形破坏是允许的，这些边坡变形破坏在岩体薄弱部位常有发生，为了保证矿山安全和正常生产，对它们要进行监测研究和及时综合治理，这是生产矿山边坡管理的一项重要工作。国内有些矿山在露天开采中，就是不断地在对不同类型和规模的边坡变形破坏的研究治理中，逐步加深边坡规律性认识的基础上，不断改善边坡设计和进行边坡挖潜，把边坡预选加固和综合治理做为加陡边坡设计的重要组成部分，并以高水平的自动边坡监测系统做为安全生产的保证。

南芬铁矿由于实行分期开采，按原设计，现有边帮大部分为临时过渡性边帮，这些年来未发生大规模总体边坡破坏，局部小规模的台阶和组合台阶的边坡变形破坏多分布在采场下盘岩体条件比较复杂的第Ⅱ工程地质分区，主要是沿层间错动面形成与边坡平行的大光面和沿层间错动面和北西向断裂面形成的楔体滑动，其规模一般高24～48m，使组合台阶遭到破坏，对矿山生产尚未造成重大影响。但从1999年以来，在该区沿F2断层逐步形成规模较大的滑变形体，对矿山生产和安全造成威胁，矿山正在组织有关科研单位进行调查研究和开展综合治理工作。并已开展边坡变形监测工作，并将建立完善有效的下盘和全采场的边坡位移监测系统。

1卢世宗。我国矿山边坡研究的基本情况和展望。

2孙再南、江国正。露天矿不稳定边坡的管理。国外3解殿春。露天矿固定帮双并段台阶一次预裂控制爆破及设备配套4冶金部勘察科学技术研究所等。本钢南芬铁矿深部开采边坡稳定性研究报告（之十二、十三）祝您新年万事如意