復(fù)雜易風(fēng)化露天邊坡分區(qū)支護(hù)技術(shù)及其效果評價*

姚 松，任 卓,鄭祿璟

(1.中色非洲礦業(yè)有限公司， 贊比亞 基特韋 22592; 2.西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 太原 030200; 3.貴州錦豐礦業(yè)有限公司， 貴州 貞豐縣 562204)

復(fù)雜易風(fēng)化露天邊坡分區(qū)支護(hù)技術(shù)及其效果評價*

姚 松1，任 卓2,鄭祿璟3

(1.中色非洲礦業(yè)有限公司， 贊比亞 基特韋 22592; 2.西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 太原 030200; 3.貴州錦豐礦業(yè)有限公司， 貴州 貞豐縣 562204)

錦豐金礦礦體及圍巖復(fù)雜破碎且極易風(fēng)化，邊坡穩(wěn)定性差，破壞模式多樣，為了保證礦山開采的順利進(jìn)行，對不同邊坡采用不同的支護(hù)技術(shù)，取得了良好的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。通過分析邊坡的破壞模式制定支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分類，詳細(xì)介紹了邊坡分區(qū)支護(hù)，并對不同支護(hù)方法的支護(hù)效果進(jìn)行客觀評價，對類似露天邊坡的加固支護(hù)具有一定的借鑒意義。

復(fù)雜邊坡；破壞形式；分區(qū)支護(hù)；支護(hù)效果

0 引 言

錦豐金礦位于貴州省黔西南州貞豐縣，由于礦化帶受斷裂帶控制，且蝕變作用強(qiáng)烈，礦體及圍巖極易風(fēng)化泥化，邊坡垮塌現(xiàn)象時有發(fā)生。造成露天高陡邊坡穩(wěn)定性差，這種條件下國內(nèi)多采用緩坡開挖[1￣2]。

為了提高經(jīng)濟(jì)效益和保證露天開采的順利進(jìn)行，根據(jù)“陡幫開采”、“分區(qū)支護(hù)”的新思路，錦豐金礦采用了長錨索、鋼網(wǎng)、鋼帶、濕噴混凝土、抗滑樁等多種邊坡支護(hù)措施，確保了露天開采的順利進(jìn)行，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[3￣6]。

1 邊坡破壞模式及支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分類

1.1 邊坡破壞模式

根據(jù)類似礦山經(jīng)驗(yàn)[7￣8]，錦豐露天礦邊坡破壞模式主要有：

(1) 順層滑坡。當(dāng)巖層的走向和傾向與邊坡的走向和傾向近似一致，且?guī)r層的傾角小于邊坡的傾角時可能發(fā)生順層滑坡。如南邊坡580-620 mRL，曾發(fā)生面積達(dá)4500 m2的大范圍順層滑坡。

(2) 楔形體滑坡。當(dāng)兩個斷層面相交并與邊坡面形成楔形體，或者巖層面與斷層面、邊坡坡面形成楔形體時可能發(fā)生楔形體滑坡。楔形體的巖體一般較為破碎，在重力、爆破振動等外部擾動作用下易于發(fā)生垮塌事故。

(3) 傾倒滑坡。傾倒滑坡通常發(fā)生在巖體傾角較大，且?guī)r層與邊坡的走向近似一致的位置，如西部邊坡580-620 mRL。

(4) 松散土體滑坡。露天礦西部和北部地表的松散土體厚度超過10 m，該松散土體的穩(wěn)定性較差。在露天開采過程中，原有的應(yīng)力平衡發(fā)生改變，常常在大雨過后發(fā)生松散土體的整體滑移失穩(wěn)。

1.2 支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分類

根據(jù)礦山邊坡巖體條件、邊坡失穩(wěn)危害程度等多種因素綜合考慮，將支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分為五類，即：破碎巖體邊坡；順層邊坡；臨時邊坡；運(yùn)輸?shù)缆愤吰录鞍踩脚_；土質(zhì)邊坡。

除臨時邊坡外，破碎巖體邊坡、順層邊坡、運(yùn)輸?shù)缆愤吰?、土質(zhì)邊坡均為最終邊坡。

2 分區(qū)支護(hù)方式統(tǒng)計(jì)

按照東、南、西、北以及冗半五個區(qū)域詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了不同的支護(hù)區(qū)域。

(1) 東部區(qū)域。東部邊坡支護(hù)位置圖及支護(hù)方式見圖1和表1。

圖1 東部邊坡支護(hù)位置

序號區(qū)域位置支護(hù)方式E1540-530東南部長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿E2590-600北東部長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿E3600-595東部長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿E4540-535東部長錨索+掛網(wǎng)+短錨桿+噴漿

(2) 南部區(qū)域。南部邊坡支護(hù)位置及支護(hù)方式見圖2和表2。

圖2 南部邊坡支護(hù)位置

序號區(qū)域位置支護(hù)方式S1620-600南部削坡削坡，減緩邊坡角，并采取長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿S2540-530南鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿支護(hù)S3580-565南部掛網(wǎng)+錨桿+噴漿支護(hù)S4580-560東南長錨索+掛網(wǎng)+噴漿支護(hù)S5507．5-502．5東南10m長錨索+小型鋼網(wǎng)S6570-565南部掛網(wǎng)+錨桿+噴漿支護(hù)泄水孔4個，深20mS7570-560南部長錨索+噴漿+掛網(wǎng)+錨桿支護(hù)+泄水孔S8520-510南部長錨索+掛網(wǎng)+錨桿+噴漿+泄水孔S9520-515南部長錨索+小型鋼網(wǎng)+泄水孔S10510-505南部長錨索+掛網(wǎng)+噴漿+泄水孔S11530-505西南長錨索+掛網(wǎng)+噴漿+泄水孔

(3) 西部區(qū)域。西部邊坡支護(hù)位置及支護(hù)方式見圖3和表3。

(4) 北部區(qū)域。北部邊坡支護(hù)位置及支護(hù)方式見圖4和表4。

圖3 西部邊坡支護(hù)位置

序號區(qū)域位置支護(hù)方式W1660-620西部削坡削坡，減緩邊坡角，長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿，對風(fēng)化表土層，采取防水布覆蓋W2540-530西長錨索+鋼網(wǎng)W3610-600西北長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿W4590-585西北掛網(wǎng)+噴漿+短錨桿W5550-560西部掛網(wǎng)+錨桿+噴漿支護(hù)W6530-520西部長錨索+掛網(wǎng)+錨桿+噴漿支護(hù)W7530-525西部長錨索+鋼網(wǎng)+噴漿W8530-525西部長錨索+錨桿+掛網(wǎng)+噴漿

圖4 北部邊坡支護(hù)位置

序號區(qū)域位置支護(hù)方式N1700-640北部削坡削坡，減緩坡度N3580-575北邊坡長錨索+鋼網(wǎng)N4595-600西北部長錨索+掛網(wǎng)+短錨桿+噴漿N5550-545北部長錨索+鋼網(wǎng)N6560-550北部掛網(wǎng)+短錨桿+噴漿N7530-520北部運(yùn)礦道下方掛網(wǎng)+噴漿+抗滑樁N8510-505北部長錨索+鋼網(wǎng)

(5) 冗半?yún)^(qū)域。冗半?yún)^(qū)域支護(hù)位置及支護(hù)方式見圖5和表5。

圖5 冗半?yún)^(qū)域支護(hù)位置

序號區(qū)域位置支護(hù)方式RB1640S抗滑樁RB2640-635西北長錨索(637mRL)+鋼網(wǎng)

3 露天邊坡分區(qū)支護(hù)方法

3.1 長錨索+鋼網(wǎng)+錨桿+噴漿

3.1.1 支護(hù)技術(shù)參數(shù)

臺階高為20 m，安裝6排長錨索，排間高差為3.6 m。在長錨索之間安裝管縫錨桿固定鋼網(wǎng)。管縫式錨桿長度為1.8 m，其間排距與長錨索相同(見圖6)。

圖6 破碎巖體邊坡支護(hù)長錨索及錨桿分布

3.1.2 支護(hù)效果評價

該支護(hù)方式支護(hù)效果好、使用范圍廣泛，但工藝較復(fù)雜，設(shè)備材料等資金投入較大，施工作業(yè)周期相對較長。

該支護(hù)方式為露天邊坡支護(hù)的主要方式，適用于較破碎邊坡，如斷層破碎帶、褶皺軸部、礦體破碎帶等；順層邊坡，如南部邊坡；重點(diǎn)區(qū)域，如運(yùn)礦道下方、清掃平臺下方邊坡等。

3.2 長錨索+鋼帶

3.2.1 技術(shù)參數(shù)及施工步驟

長錨索：當(dāng)臺階高度為10 m時，共布置3排，排距為3.6 m，間距為2 m。長錨索孔Φ90 mm，每孔安裝2根Φ15.2 mm×12 m的鋼絞線。

注漿：采用標(biāo)號為32.5的水泥制備成水灰比為0.35～0.40的漿液。

鋼帶：采用6 m×0.5 m×Φ5 mm的鋼網(wǎng)。

隨著露天邊坡的分層開挖，在露天臺階上施工長錨索孔，然后錨索安裝以及注漿。用鋼帶連接同水平的長錨索并用錨索固定鋼帶，形成一排排相互連接的錨索支護(hù)整體。

3.2.2 支護(hù)效果評價

該支護(hù)方式工藝簡單，施工快速高效率，材料設(shè)備投入相對較少，支護(hù)加固成本低。不足之處在于一旦長錨索間巖體發(fā)生松動脫落，將不利于邊坡穩(wěn)定性的控制，可能導(dǎo)致邊坡逐漸的失穩(wěn)滑坡。

3.3 鋼網(wǎng)+短錨桿+噴漿

3.3.1 施工參數(shù)及步驟

錨桿：采用Φ34 mm×1.8 m管縫錨桿，錨桿間距2 m，排距2 m；

鋼網(wǎng)：采用2.5 m×4 m×Φ5 mm的鋼網(wǎng)；

噴射混凝土：噴層厚度為60 mm。

現(xiàn)場施工作業(yè)時，首先對邊坡表面浮石進(jìn)行清理，達(dá)到施工要求后，進(jìn)行錨桿和錨網(wǎng)支護(hù)作業(yè)，最后進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)，形成錨噴網(wǎng)支護(hù)整體。

3.3.2 支護(hù)效果評價

該支護(hù)方式錨固強(qiáng)度較低，作用有限，適用于局部區(qū)域的維護(hù)和邊坡表面的加固。

該支護(hù)方式在礦山西北角F6斷層礦體帶620-600 mRL以及580-570 mRL等區(qū)域得到了應(yīng)用，支護(hù)區(qū)域巖體穩(wěn)定性較好。

3.4 運(yùn)輸公路邊坡及安全平臺抗滑樁支護(hù)方案

3.4.1 施工步驟

當(dāng)采場形成運(yùn)礦道路或安全平臺后，根據(jù)設(shè)計(jì)孔位、孔深等參數(shù)，進(jìn)行抗滑樁孔的鉆孔作業(yè)，滿足設(shè)計(jì)要求后將鋼管放置于抗滑樁孔孔底，然后在鋼管內(nèi)側(cè)注漿，最后在抗滑樁的外側(cè)進(jìn)行注漿。

3.4.2 支護(hù)效果評價

抗滑樁支護(hù)施工工藝簡單，現(xiàn)場作業(yè)人員易于快速掌握施工技術(shù)，支護(hù)成本低。礦山在三期運(yùn)礦道580-560 mRL和540-530 mRL、冗半?yún)^(qū)域660-650 mRL，以及三期北部和西部620 mRL平臺、三期南部560 mRL平臺都采取了抗滑樁支護(hù)，并取得了良好的支護(hù)效果。

3.5 土質(zhì)邊坡HDPE防滲膜護(hù)坡

3.5.1 施工步驟

為避免邊坡浮石等對防滲膜的破壞，施工作業(yè)前進(jìn)行邊坡面的清理平整工作，然后在松散土體上覆蓋防滲膜，搭接寬度為1 m。

3.5.2 支護(hù)效果評價

該護(hù)坡方式施工工藝簡單，施工難度小，易于掌握施工技術(shù)，支護(hù)成本低，可以較好的防止雨水對松散土體的弱化作用，維護(hù)土體邊坡的安全。

礦山西部邊坡660-620 mRL主要為第四系表土和強(qiáng)烈風(fēng)化的粘土巖、砂巖，出現(xiàn)多次土體失穩(wěn)滑移現(xiàn)象，直接威脅著邊坡上部充填站及下部主運(yùn)礦道的安全，根據(jù)設(shè)計(jì)要求覆蓋HDPE防滲膜后，土體邊坡穩(wěn)定性明顯好轉(zhuǎn)，邊坡位移得到有效控制。

4 結(jié) 論

(1) 根據(jù)礦山邊坡巖體條件，查明了邊坡4種變形破壞模式；并按照東部邊坡、南部邊坡、西部邊坡、北部邊坡以及冗半五個區(qū)域分區(qū)分別提出了詳細(xì)支護(hù)方案。

(2) 根據(jù)不同的破壞模式分別采用長錨索+噴射混凝土+鋼網(wǎng)+短錨桿、長錨索+鋼帶、鋼網(wǎng)+短錨桿+噴漿、抗滑樁和HDPE防滲膜護(hù)坡五種不同的支護(hù)方式，并對五種支護(hù)方式的支護(hù)效果和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

(3) 通過采取露天邊坡分區(qū)支護(hù)加固技術(shù)，提高了礦山生產(chǎn)安全，減小了礦山剝采比，降低了開采成本，初步估算每年可以節(jié)省露天剝離費(fèi)用215.5萬元，直接經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

[1]章海象,吳巖佩.樹脂錨桿支護(hù)技術(shù)在錦豐金礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2017,17(3):29￣32.

[2]李繼興.錦豐金礦露天邊坡開采穩(wěn)定性分析及擋土墻支護(hù)[J].金屬礦山,2016 (9):179￣183.

[3]韓 斌,儀海豹,鄭祿璟,等.低強(qiáng)度易風(fēng)化破碎露天邊坡綜合加固與排水技術(shù)[J].金屬礦山,2013 (3):14￣17.

[4]韓 斌，鄭祿璟,王少勇,等.復(fù)雜破碎露天邊坡的綜合加固技術(shù)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,44(2):772￣777.

[5]鄭祿璟,鄭祿林,常曉娜,等.露天邊坡穩(wěn)定性影響因素分析及防治措施[J].金屬礦山,2014(2):131￣136.

[6]賈住平,鄭祿璟,鄭祿林.露天邊坡大型滑坡穩(wěn)定性分析與治理方案[J].金屬礦山,2014 (5):27￣31.

[7]Bagdasar A G, Lukishov B G, Rodionov V N, et al. Detection of features of a rupture structure in walls of an open pit in terms of the Muruntau open pit[J]. Journal of Mining Science,2008,44(1):73￣81.

[8]Adhikary D P, Dyskin A V. Modeling of progressive andinstantaneous failures of foliated rock slopes[J]. Rock Mechanicsand Rock Engineering,2007,40(4):349￣362.(收稿日期：2017￣08￣15)

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50774011)；教育部長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(IRT0950).

姚 松(1990-)，男，山西運(yùn)城人，碩士，主要從事采礦技術(shù)與生產(chǎn)管理工作，Email:yaosongustb@163.com。