山東南部某礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦邊坡穩(wěn)定性分析

王

中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)（250100）

0 前言

某礦位于山東南部，為水泥用灰?guī)r礦，根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》以及《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)非煤礦山領(lǐng)域遏制重特大事故工作方案的通知》等文件的要求，該礦應(yīng)對(duì)其所屬露天礦山進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)對(duì)象與評(píng)價(jià)范圍

選定該礦山采礦許可證范圍內(nèi)的終了邊坡以及高陡邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)。

2 礦山區(qū)域概述

礦區(qū)位于華北板塊(I)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山—平邑?cái)嗦?Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的南部，棗莊斷裂的北盤。礦區(qū)內(nèi)出露的地層自下而上有：寒武紀(jì)長清群饅頭組、寒武紀(jì)九龍群張夏組及第四系。礦區(qū)內(nèi)主要為單斜構(gòu)造，次為斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)發(fā)育有Fl和F2兩條正斷層。區(qū)內(nèi)未見巖漿巖。礦床為濱海沉積礦床，存于寒武—奧陶紀(jì)九龍群張夏組中，裸露于地表。礦層內(nèi)無夾層，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。礦山西部溝谷中有部分礦石被第四紀(jì)殘坡積物覆蓋。殘坡積物的主要成分為黃色含礫黏土、亞黏土，厚度平均2.77 m。礦坑充水因素為大氣降水，礦床開采為露天開采，礦體位于最低侵蝕基準(zhǔn)面以上，礦區(qū)地形有利于自然排泄，礦體大范圍出露，第四系地層分布范圍小，且厚度不大。礦區(qū)附近無地表水體分布，本礦山水文地質(zhì)條件簡單。本礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，巖溶不甚發(fā)育，巖層以厚層狀構(gòu)造為主，巖石強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件屬簡單類型[1]。

3 露天采場邊坡現(xiàn)狀

礦山目前正常開采，本次分析的邊坡為礦山東側(cè)的Ⅰ號(hào)邊坡、礦山北側(cè)的Ⅱ號(hào)邊坡。Ⅰ號(hào)邊坡為正在開采中的臨時(shí)邊坡，Ⅱ號(hào)邊坡為復(fù)墾后的永久邊坡。

Ⅰ號(hào)邊坡（整體走向南北），南北長約800 m，巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分和色澤基本未變，部分裂隙面略有變色巖，少數(shù)豎向裂隙中充填黏土，巖體為微風(fēng)化；錘擊聲清脆，有回彈，振手，難擊碎，屬較堅(jiān)硬巖。巖體結(jié)構(gòu)面主要為層面，豎向裂隙平均間距大于1 m，層面張開度小于1 mm，結(jié)構(gòu)面粗糙，巖體較完整，按巖土工程分類為厚層—巨厚層灰?guī)r。按 《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 51016—2014，邊坡工程安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

Ⅰ-1號(hào)測點(diǎn)，位于礦山東側(cè)，Ⅰ號(hào)邊坡南端，結(jié)構(gòu)面粗糙，巖層產(chǎn)狀為280°∠9°，坡面產(chǎn)狀為250°∠70°，坡面有豎向裂隙，1條/m 或＜3條/m3。Ⅰ-2號(hào)測點(diǎn)，由1號(hào)測點(diǎn)向北約60m，結(jié)構(gòu)面粗糙，巖層產(chǎn)狀為 280°∠9°，坡面產(chǎn)狀為 260°∠70°，坡面有豎向裂隙，1 條/m 或＜3 條/m3。

Ⅱ號(hào)邊坡（整體走向東西），東西長約440 m，巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，礦物成分和色澤基本未變，部分裂隙面略有變色巖，少數(shù)豎向裂隙中充填黏土，個(gè)別結(jié)構(gòu)面為鈣質(zhì)膠結(jié)，巖體為微風(fēng)化。錘擊聲清脆，有回彈，振手，難擊碎，屬較堅(jiān)硬巖。巖體結(jié)構(gòu)面主要為層面，豎向裂隙平均間距大于1 m，層面張開度小于1 mm，結(jié)構(gòu)面粗糙，巖體較完整，按巖土工程分類為厚層—巨厚層灰?guī)r。按《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 51016—2014，邊坡工程安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)[2]。

Ⅱ-1號(hào)測點(diǎn)，位于礦山北側(cè)，邊坡東側(cè)，結(jié)構(gòu)面粗糙，巖層產(chǎn)狀為 270°∠12°，坡面產(chǎn)狀為 170°∠65°，坡面有豎向裂隙，1條/m或＜3條/m3。

4 露天采場邊坡參數(shù)、類型

該礦山巖體未受地質(zhì)構(gòu)造影響，裂隙不發(fā)育，物理機(jī)械性能屬中硬巖。根據(jù)礦山的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)工作臺(tái)段坡面角75°，終了臺(tái)段坡面角65°，安全平臺(tái)寬4 m，清掃平臺(tái)寬8 m，每隔2個(gè)安全平臺(tái)，設(shè)置1個(gè)清掃平臺(tái)。該礦形成的最終邊坡類型為階梯狀。礦山開采終了結(jié)束以后，終了邊坡主要集中在礦區(qū)東側(cè)和南側(cè)，礦山東側(cè)邊坡50°～58°（邊坡最大高度 241.8 m）、 南側(cè)邊坡 41°～44°（邊坡最大高度91 m）、西側(cè)邊坡 49°～58°（邊坡最大高度 35 m）、北側(cè)邊坡55°（邊坡最大高度105 m）。

5 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該礦形成的邊坡類型為梯形組合式臺(tái)階。礦山東側(cè)邊坡50°～58°（由于礦山東側(cè)最終邊坡從+245 m水平以下各水平最終邊坡自東向西順底板留設(shè)緩傾斜邊坡，傾角5°～8°。若按照邊坡最高處與邊坡最低點(diǎn)連線計(jì)量最終邊坡角，導(dǎo)致最終邊坡角過小，故本次取邊坡最高處與+245 m水平坡腳處連線為最終邊坡角，相應(yīng)邊坡最大高度143.8 m）、南側(cè)邊坡 41°～44°（邊坡最大高度 91 m）、 西側(cè)邊坡49°～58°（邊坡最大高度 35 m）、 北側(cè)邊坡 55°（邊坡最大高度105 m）。按照設(shè)計(jì)要求留設(shè)安全平臺(tái)及清掃平臺(tái)以后，采場內(nèi)的最終邊坡角不大于58°。參考國內(nèi)同類型礦山邊坡角取值其較為合理[3]。

礦區(qū)開采范圍內(nèi)，礦層呈單斜層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致，走向 NNE，傾向 270°～290°，傾角 5°～8°，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，傾角較緩，不會(huì)造成工程地質(zhì)問題。賦礦層位于張夏組地層內(nèi)，鮞狀結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度大，屬堅(jiān)硬巖石。礦區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造不發(fā)育，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有Fl和F2兩條正斷層。礦山開采最終邊坡均與Fl和F2斷層垂直相交，對(duì)最終邊坡的穩(wěn)定基本不產(chǎn)生影響。礦山在開采過程中要采取相應(yīng)的監(jiān)測、控制措施，增加對(duì)邊坡的管理，定期檢測其穩(wěn)定性，必要時(shí)采取加固措施，以保證邊坡的穩(wěn)定性?？傮w來講，本礦采場邊坡為結(jié)構(gòu)簡單的穩(wěn)定型邊坡。

6 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算

根據(jù) 《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）的規(guī)定，滑坡穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)根據(jù)滑坡穩(wěn)定系數(shù)確定。邊坡穩(wěn)定狀態(tài)分為不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和穩(wěn)定。1.05≤F＜Fst為基本穩(wěn)定，F(xiàn)≥Fst為穩(wěn)定。

計(jì)算通過巖土工程計(jì)算分析軟件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)Ⅰ號(hào)邊坡的Ⅰ-1號(hào)測點(diǎn)、Ⅰ-2號(hào)測點(diǎn)、Ⅱ號(hào)邊坡Ⅱ-1號(hào)測點(diǎn)進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算?？傮w邊坡的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，按《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB51016-2014，邊坡工程安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)?？傮w邊坡的設(shè)計(jì)安全系數(shù)選取1.20～1.15，計(jì)算結(jié)果為Ⅰ-1∶3.067；Ⅰ-2∶3.584；Ⅱ-1∶2.114。Ⅰ號(hào)邊坡和Ⅱ號(hào)邊坡，均為總體邊坡穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié)語

該礦山邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅱ級(jí)，當(dāng)邊坡破壞后可能造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失，因此，該礦邊坡工程安全等級(jí)為二級(jí)。

該礦邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst取值：臨時(shí)邊坡為1.20，永久邊坡一般工況下為1.30。本次計(jì)算安全系數(shù)為F=1.7～3.5，大于1.30，因此該礦的最終邊坡穩(wěn)定狀態(tài)為穩(wěn)定。

Ⅰ號(hào)邊坡為正在開采中的臨時(shí)邊坡，可按原開采設(shè)計(jì)繼續(xù)進(jìn)行開采。Ⅱ號(hào)邊坡為復(fù)墾后的永久邊坡，作為永久邊坡，建議松動(dòng)巖石進(jìn)行排險(xiǎn)。

應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開采，留設(shè)最終邊坡及安全平臺(tái)和清掃平臺(tái)，邊坡角度要符合設(shè)計(jì)要求。

要根據(jù)最終邊坡的穩(wěn)定類型、分區(qū)特點(diǎn)確定監(jiān)測級(jí)別，并建立邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)坡體表面和內(nèi)部位移、爆破震動(dòng)等進(jìn)行定點(diǎn)定期觀測，對(duì)存在不穩(wěn)定因素的最終邊坡要長期監(jiān)測。

建議按設(shè)計(jì)要求對(duì)邊坡進(jìn)行降高等處理，并留設(shè)安全平臺(tái)，對(duì)邊坡上部浮石、危石及時(shí)進(jìn)行清理，在危險(xiǎn)部位增設(shè)護(hù)欄和相關(guān)警示標(biāo)志。

要查清開采境界內(nèi)的潛在危險(xiǎn)區(qū)，設(shè)置明顯的警示標(biāo)志。易引起邊坡坍塌事故的，要采取措施治理邊坡，及時(shí)消除安全隱患。應(yīng)在主運(yùn)輸?shù)缆穬蓚?cè)增設(shè)指示牌等明顯標(biāo)志，增補(bǔ)急彎處、危險(xiǎn)地段的警示標(biāo)志，并加強(qiáng)排水溝的維護(hù)清理工作，確保排水溝暢通。

強(qiáng)化邊坡安全檢查。作業(yè)前，必須對(duì)工作面進(jìn)行檢查，清除危巖和其他危險(xiǎn)物體。對(duì)采場工作要每季度檢查一次，高陡邊坡要每月檢查一次，發(fā)現(xiàn)坍塌或滑落征兆，應(yīng)立即停止采剝作業(yè)，撤出人員和設(shè)備，及時(shí)機(jī)械處理。