滇中某磷礦露天采場邊坡穩(wěn)定性分析

李小武 施雄斌 呂林洪 周曉超 張 偉

（1.昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司；2.云南延發(fā)礦業(yè)科技有限公司）

磷礦是我國重要的戰(zhàn)略性資源，從目前的開采現(xiàn)狀來看，全國磷礦開采產(chǎn)業(yè)以露天礦為主，少部分采用地下開采［1］。露天采場邊坡穩(wěn)定性是露天礦山安全開采的重要影響因素，直接關(guān)系到礦山的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益［2］。以滇中某露天磷礦為背景，對露天采場邊坡穩(wěn)定性進行分析，并針對性地提出采場邊坡安全防護措施，為礦山安全、高效開采奠定基礎(chǔ)。

1 工程概況

1.1 開采技術(shù)條件

礦層頂板為含泥白云巖、泥質(zhì)白云巖或含錳白云質(zhì)泥巖，下部夾灰黑色燧石或灰白、灰黑色硅質(zhì)薄層及條帶。

礦層底板為白云巖或泥質(zhì)白云巖，頂部及中部夾黑色薄層狀燧石或條帶狀硅質(zhì)巖，局部白云巖風(fēng)化后呈泥巖及粉砂質(zhì)頁巖。礦石松散系數(shù)為1.63～1.93，一般約為1.7，頂板巖石松散系數(shù)約為1.9。礦石安息角為37°～44°，頂板巖石安息角為35°～39°，砂巖、白云巖安息角為38°～41°。

礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等，工程地質(zhì)復(fù)雜程度為中等偏復(fù)雜，礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量為中等。

1.2 礦山開采現(xiàn)狀

目前，露天采坑的最低開采平臺為2 250 m水平，最高臺階標(biāo)高為2 388 m，臺階高度為10 m，安全平臺寬度為3 m，采坑?xùn)|西寬約500 m，南北長約800 m。采場西幫和北幫已開采到礦體的底板線，礦體底板的坡度為15°～28°，礦體底板主要為白云巖，原始地貌近地表風(fēng)化深度為3～6 m，底板巖石未風(fēng)化。采場底板、上盤和端部相關(guān)臺階整體穩(wěn)定性較好。

采場南部緊鄰礦山內(nèi)排土場，已經(jīng)堆排完畢多年，內(nèi)排土場南北向長約1.2 km，東西向?qū)捈s0.55

李小武（1980—），男，高級工程師，650051 云南省昆明市。km，占地面積為45.23 萬m2，堆存標(biāo)高為2 390～2 480 m，堆排臺階高度為20～30 m，最大約50 m，排土場截排洪系統(tǒng)完善，目前已經(jīng)復(fù)墾完畢。

2 露天采場邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)該露天礦開采技術(shù)條件，同時結(jié)合采場南幫邊坡上部為排土場的實際情況，對露天采場邊坡進行穩(wěn)定性分析。

2.1 巖體力學(xué)參數(shù)

依據(jù)礦山提供的工勘報告確定的巖體力學(xué)參數(shù)作為本次采場邊坡穩(wěn)定性分析的參數(shù)，見表1。

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2.2 計算剖面選取

本次露天采場邊坡穩(wěn)定性分析中，地層信息主要依據(jù)礦山地質(zhì)報告和工勘報告成果，總共選取了5個計算剖面，剖面位置見圖1。

2.3 邊坡安全等級

根據(jù)露天采場終了邊坡高度（170 m）及危害程度（III），參照《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016—2014）中對邊坡等級的規(guī)定，確定露天采場邊坡工程安全等級為III 級，對應(yīng)的安全系數(shù)規(guī)定如表2所示。

注：荷載組合I為自重+地下水；荷載組合II為自重+地下水+爆破振動力；荷載組合III為自重+地下水+地震力。

露天采場終了邊坡安全等級為III 級，結(jié)合表2不同荷載組合下總體邊坡要求的設(shè)計安全系數(shù)，確定露天采場邊坡安全評價準(zhǔn)則：荷載組合I 條件下，邊坡安全系數(shù)FS應(yīng)大于1.15；荷載組合II 條件下，邊坡安全系數(shù)FS應(yīng)大于1.13；荷載組合III條件下，邊坡安全系數(shù) FS應(yīng)大于 1.10［3］。

2.4 穩(wěn)定性分析過程

根據(jù)提供的巖土體物理力學(xué)參數(shù)和建立的不同露天采坑計算剖面模型，采用巖土邊坡分析軟件Slide 對露天采場的終了邊坡進行穩(wěn)定性分析。這里僅展示剖面II—II的計算結(jié)果，見圖2。

各剖面不同荷載組合條件下安全系數(shù)計算結(jié)果見表3。

注：表中括號內(nèi)為上部排土場部分的安全系數(shù)；I—I、IV—IV、V—V 剖面上方不涉及或少涉及排土場，僅計算采場邊坡安全系數(shù)；III—III剖面下部露天采場邊坡僅有2～3個臺階，所以僅計算排土場部分的安全系數(shù)。

從邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果可看出，設(shè)計的露天采場邊坡在荷載組合I（自重+地下水）條件下，邊坡不同剖面的安全系數(shù)都在1.15以上，荷載組合II（自重+地下水+爆破）條件下，邊坡不同剖面的安全系數(shù)都在1.13 以上，荷載組合III（自重+地下水+地震）條件下，邊坡的安全系數(shù)都在1.10 以上，均符合規(guī)范要求。需要注意排土場內(nèi)單個臺階的潛在滑動和臺階部位的局部坍塌。

3 露天采場邊坡安全管理措施

通過前述分析，露天采場邊坡和排土場邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是由于影響邊坡穩(wěn)定的因素眾多，難以完全保證邊坡的安全性。為了進一步確保礦山開采作業(yè)過程中露天采場邊坡和排土場邊坡的安全，可以從以下方面加強邊坡的管理。

（1）邊坡地表水有效管理。礦山地下水主要為松散孔隙水、巖溶水和基巖裂隙水，所有鉆孔未實測到地下水位，地下水對露天采場邊坡穩(wěn)定影響較小。采場內(nèi)部在清掃平臺修筑排水溝，排出場內(nèi)水。同時將邊坡頂面留有一定排水坡度，避免水沿裂隙滲入到中深層滑動帶，減弱巖土體的抗剪強度及抗滑力，破壞巖體的平衡狀態(tài)，造成邊坡中深層滑動［4］。

（2）定期維護。在生產(chǎn)過程中定期對邊坡進行維護，清理浮石，保障邊坡規(guī)整，并制定邊坡滑塌事故的應(yīng)急救援預(yù)案。

（3）留設(shè)寬平臺作為安全防護平臺。在露天采場南幫排土場削坡邊坡與采場邊坡分界處的2 320 m水平設(shè)置寬平臺，平臺寬度為30 m，平臺內(nèi)設(shè)置5%的反坡，并在寬平臺邊緣設(shè)置防滾石的防護堤，防止上部排土場滾石對下部采場的影響。

（4）建立邊坡監(jiān)測量測系統(tǒng)方案。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）第19.1.1 條強制性條文規(guī)定：邊坡塌滑區(qū)有重要建（構(gòu)）筑物的一級邊坡工程施工時必須對坡頂位移、地表裂縫和坡頂建（構(gòu)）筑物變形進行監(jiān)測［5］。

4 結(jié) 語

（1）根據(jù)圈定的露天采場邊坡高度（170 m）、邊坡危害等級（III級）綜合確定采場邊坡的安全等級為III級。

（2）采用Slide 軟件對露天采場邊坡和排土場邊坡進行穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明邊坡在各工況下均滿足III級邊坡安全系數(shù)的規(guī)范要求。

（3）可采取有效管理地表水、定期對邊坡進行維護、建立礦山邊坡監(jiān)測系統(tǒng)等方法確保露天采場邊坡的安全穩(wěn)定，為礦山開采作業(yè)過程中露天采場邊坡和排土場邊坡的安全提供技術(shù)保障。