基于Slide的白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角的確定及穩(wěn)定性分析

徐 旭 章 林 李家泉

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

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基于Slide的白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角的確定及穩(wěn)定性分析

徐 旭1，2，3章 林1，2，3李家泉1，2，3

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

分析了東介勒格勒鐵礦邊坡穩(wěn)定的主要影響因素，確定上下盤的邊坡角均為45°，利用Slide軟件對礦區(qū)上下盤邊坡穩(wěn)定性進行了分析。結果顯示，選取的邊坡角度適中，邊坡穩(wěn)定性良好。

Slide 邊坡角 邊坡穩(wěn)定性

露天礦邊坡穩(wěn)定性對礦山開采設計和生產(chǎn)十分重要，越來越受到重視[1-3]，出現(xiàn)了較多的邊坡穩(wěn)定計算方法，目前多采用極限平衡理論的計算方法[4]。本研究采用加拿大Rocscience公司開發(fā)的邊坡穩(wěn)定性計算軟件Slide，通過極限平衡法，確定白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角，并進行穩(wěn)定性分析[5]。

1 工程概況

東介勒格勒鐵礦位于白云鄂博礦區(qū)，露天采場地表長1 100 m，寬480 m；采場最低標高1 384m，最高標高1 648 m，封閉圈標高1 600 m。礦體開采模型見圖1。

圖1 東介勒格勒鐵礦露天開采礦體模型

2 露天采礦場邊坡角確定

2.1 影響礦山邊坡穩(wěn)定的主要因素

影響礦山邊坡穩(wěn)定的主要因素有：礦區(qū)地質(zhì)條件、水文條件、地震及爆破震動、地應力及邊坡幾何形狀等。

2.1.1 邊坡工程地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)鐵礦為白云巖型磁鐵礦和赤鐵礦，頂?shù)装逡园自茙r為主，僅少量礦體底板和礦體頂板部分為淺色板巖。巖體結構以塊狀為主。抗壓強度55.03～105.02 MPa，屬堅硬半堅硬巖類。

礦區(qū)內(nèi)無較大的構造破碎帶，斷裂多被斷層角礫巖充填，地質(zhì)構造簡單。

強風化帶一般發(fā)育在云母巖、接觸破碎帶和部分矽質(zhì)板巖中，巖石強烈風化呈碎塊狀，巖體類型呈碎裂結構，發(fā)育深度3～8 m。弱風化帶發(fā)育深度117～160.0 m，平均138.5 m，該帶上部裂隙稍發(fā)育，裂面有風化痕跡和水銹；下部裂隙很微弱，巖石較完整，巖體仍以塊狀結構為主。

綜上所述，礦床為以堅硬半堅硬變質(zhì)巖類為主的塊狀巖類礦床，礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬簡單類型。

2.1.2 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)降水量較少，多以暴雨形式出現(xiàn)。礦區(qū)處在低山丘陵區(qū)，屬地下水補給區(qū)。

礦區(qū)內(nèi)無較大斷裂破碎帶，主要斷裂為小規(guī)模的東西向逆斷層和南北向橫斷層，為壓性、壓扭性斷裂，且多被斷層角礫巖充填，不構成對未來露天采場充水的威脅。

鐵礦體及其頂?shù)装灏自茙r巖體以塊狀結構為主，加之被透水不含水的鄂博層和洪積層所覆蓋，巖石層理和節(jié)理裂隙很不發(fā)育，對礦床充水影響不大。

礦區(qū)內(nèi)主要礦體位于當?shù)厍治g基準面以上，地形有利于自然排水，區(qū)內(nèi)無地表水體和較大的構造破碎帶，屬于水文地質(zhì)條件簡單的裂隙充水礦床。

2.1.3 地震因素的影響

地震和爆破震動對邊坡都是有影響的。通過對邊坡穩(wěn)定性的敏感性分析得出：當邊坡高度小于100 m時，爆破震動對邊坡穩(wěn)定性影響大，此時應以爆破影響系數(shù)進行穩(wěn)定性分析計算；當邊坡高度在100 m以上時，地震對整個邊坡的影響大，此時以地震影響系數(shù)進行穩(wěn)定性分析計算。

東介勒格勒鐵礦邊坡最高為239 m，為6度地震烈度設防區(qū)，在穩(wěn)定性分析計算中采用靜態(tài)等效力的方法來參與計算，作用于滑動面以上各條塊重心處的水平地震力可按下式計算：

(1)

式中，Qi為第i條塊上由自重產(chǎn)生的水平地震力；Cz為綜合影響系數(shù)，取0.25；α為水平地震影響系數(shù)，對7、8和9度地區(qū)分別應取0.1，0.2和0.4，按國家《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011—2010)，值取0.1；Wi為第i條塊的重量。

2.1.4 邊坡巖體物理力學參數(shù)

巖體是由巖石與結構面組成的地質(zhì)結構體，其性質(zhì)取決于巖石的性質(zhì)與結構面的性質(zhì)。對巖體介質(zhì)選取適當?shù)膸r體力學參數(shù)是保證模擬計算分析結果可靠的重要條件。由于缺少必要的工程勘察資料，因此邊坡巖體物理力學參數(shù)根據(jù)白云鄂博主、東礦類似工程選取，以巖體質(zhì)量分類為基礎，對巖體強度進行估算。

根據(jù)設計基礎資料、礦體賦存特征和礦山開采基本要求，設計選取的邊坡巖石力學參數(shù)見表1。

表1 巖石力學參數(shù)

2.2 邊坡角的選取

設計初步確定露天采場邊坡角上盤、下盤均為45°。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 Slide軟件簡介

Slide是計算土、巖質(zhì)二維邊坡穩(wěn)定的程序，計算邊坡的安全系數(shù)、可能的破壞，分析圓弧與非圓弧的潛在破壞滑動面。該軟件采用極限平衡法分析，計算簡便且結果能夠滿足工程需要?？紤]到邊坡潛在滑面的形狀，采用極限平衡法中的簡化Bishop法、簡化Janbu法。

3.2 剖面選取

為反映礦山邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，根據(jù)露天開采境界的圈定結果，選擇垂直于邊坡走向、且過露天開采境界底部的剖面作為本次分析剖面。

3.3 分析方案

根據(jù)邊坡體的地質(zhì)情況，為反映邊坡體在荷載條件下的穩(wěn)定性狀態(tài)，對邊坡剖面進行自重+地震狀況、自重+地震狀況+降雨2種受力情況分析。

3.4 安全系數(shù)的選取

許用安全系數(shù)的確定是評價邊坡穩(wěn)定性的主要指標，經(jīng)常采用評價估計法、工程類比法和有關設計規(guī)范來確定。針對該礦上下盤圍巖情況，按國家有關規(guī)范，在參考類似邊坡的穩(wěn)定性情況，確定最小安全系數(shù)[K]=1.35。

若剖面計算所得的安全系數(shù)：K>[K]時屬穩(wěn)定；1

3.5 分析結果

工程地質(zhì)剖面的邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析結果如表2所示，相應的邊坡潛滑面安全系數(shù)見圖2。

表2 邊坡安全系數(shù)

從分析剖面的邊坡潛滑面安全系數(shù)的結果來看：剖面的安全系數(shù)大于1.35的許用安全系數(shù)，邊坡是穩(wěn)定的。

4 結 語

本計算結果是參照水利水電科學研究院編寫的《巖石力學參數(shù)手冊》中的提供的相近參數(shù)。由于東介勒格勒邊坡巖性復雜、節(jié)理發(fā)育等因素，計算所需的巖體力學參數(shù)難以準確確定，計算得到的邊坡安全系數(shù)與實際工程可能存在出入，但對設計中的方案選擇有一定的參考價值。在生產(chǎn)中可通過應力測量、位移監(jiān)測等手段掌握符合礦山的地壓活動規(guī)律，不斷的改進爆破方法，降低水壓并盡量減少地表水流進露天采場，確保露天邊坡穩(wěn)定。

[1] 鄒玉球.采場露天邊坡穩(wěn)定性分析及參數(shù)優(yōu)化[J].中國礦山工程，2009,38(2):18-22.

[2] 張 衡，劉秋實，廖信根.露天邊坡控制及支護[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2011(4):34-36.

[3] 倪 彬，張 偉，劉曉明.基于Slide的露天采場邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國礦山工程，2013，42(6)：28-31.

[4] 熊贊民，高全臣，Slide在深基坑支護可靠性分析中的應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2008,28(2)：39-40.

圖2 各工況條件下南北邊坡模擬結果

2016-07-12)

徐 旭(1991—)，男，碩士，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)西塘路666號。