錦豐金礦爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

羅世才

摘? 要：在考慮爆破振動(dòng)的影響下，本文用極限平衡法對(duì)錦豐金礦邊坡進(jìn)行分析，建立了錦豐金礦露天礦山臺(tái)階邊坡發(fā)生平面滑動(dòng)的計(jì)算模型，推導(dǎo)出了最不利滑面傾角和最小穩(wěn)定系數(shù)的解析解。通過分析，發(fā)現(xiàn)錦豐金礦從高到低的臺(tái)階個(gè)數(shù)與邊坡穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系，隨著臺(tái)階個(gè)數(shù)的增加，邊坡穩(wěn)定性減小，對(duì)工程實(shí)踐有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：錦豐金礦；爆破影響;多臺(tái)階礦山邊坡;穩(wěn)定系數(shù)

錦豐金礦礦體和圍巖以似層狀砂巖和薄層黏土巖為主，二者的地質(zhì)特征都為層狀結(jié)構(gòu)良好的薄層和軟硬巖層互層結(jié)構(gòu)，構(gòu)造影響較為強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)發(fā)育，砂巖半堅(jiān)硬，抗水抗風(fēng)化性較強(qiáng)，而黏土巖質(zhì)軟，強(qiáng)度低，抗水抗風(fēng)化性較弱，工程地質(zhì)性質(zhì)差，斷裂帶破碎嚴(yán)重，透鏡體發(fā)育，泥質(zhì)充填，層面易錯(cuò)動(dòng)，層間結(jié)合力差。礦體位于上下盤圍巖的斷裂破碎帶中，比圍巖更破碎、松散。巖石普氏硬度系數(shù) ｆ＝2～5，巖石密度 2.77ｇ／ｃｍ３，單軸抗壓強(qiáng)度 21～60MPa，泊松比0.16～0.28，彈性模量 15～109GPa，水文地質(zhì)條件較簡單。因錦豐金礦回采已經(jīng)接近尾聲，需要回采局部礦柱，但回采礦柱時(shí)，爆破對(duì)邊坡有一定的影響，本文主要從兩個(gè)方向來分析邊坡穩(wěn)定性。

1.各種參數(shù)的選取

1.1露天開采境界邊坡參數(shù)的確定

根據(jù)錦豐金礦原設(shè)計(jì)說明書，鑒于露天采場實(shí)行分期開采，首期境界與最終境界的邊坡參數(shù)有所不同，因而分別確定邊坡參數(shù)。

1.2露采最終境界邊坡參數(shù)的選擇

① 邊坡角的選取

錦豐公司委托了澳大利亞高達(dá)公司進(jìn)行露天采場最終邊坡角的選取。高達(dá)公司認(rèn)為：在錦豐金礦露天采場，盡管邊坡高度對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響不大，但是對(duì)于較深的、坑底標(biāo)高在450m的露天坑來說，大多數(shù)邊坡角都需要稍緩一些。而對(duì)于較淺的、坑底標(biāo)高在560m的露天坑來說，邊坡角則可稍陡一些。對(duì)于露天坑北坡，由于邊坡角與邊坡高度都很大，表面上看似乎不合理，但是，由于北坡是逆層邊坡，所以該坡面的邊坡角和高度兩值均大屬正常。邊坡的上部應(yīng)按560m坑底標(biāo)高所確定的邊坡參數(shù)和非穩(wěn)定巖體失穩(wěn)幾率20%進(jìn)行設(shè)計(jì)，露天坑下部的邊坡角可以更大一些?；谏鲜鲅芯糠治觯哌_(dá)公司推薦并提交了最終邊坡角。

② 最終境界邊坡參數(shù)的選取

根據(jù)以上描述的礦床開采技術(shù)條件、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)和露天邊坡的具體特征，依據(jù)礦床模型與露天采場最終邊坡角、階段高度等參數(shù)的推薦值，并綜合考慮露天采場生產(chǎn)工藝的需要，確定露天最終境界的邊坡參數(shù)為：

階段高度：10m（2個(gè)階段并段20m）。

終了階段坡面角：東、南、西部為60°；北部為65°。

安全、清掃平臺(tái)寬度詳見表1。

1.3巖石力學(xué)參數(shù)的選取

根據(jù)《錦豐金礦露天改井工設(shè)計(jì)說明書》中的巖石力學(xué)參數(shù)得到表3中的參數(shù)。

根據(jù)錦豐金礦設(shè)計(jì)說明書計(jì)算中采用的巖體（充填體）力學(xué)參數(shù)得到表4中的參數(shù)。

2.邊坡穩(wěn)定性分析

2.1單邊坡的穩(wěn)定性分析

如圖１所示，假定邊坡滑面為直線，已知θ 為邊坡滑面傾角，α1 為臺(tái)階邊坡坡角，l 和k 分別是滑面長度和臺(tái)階坡高，γ 是巖體重度，c 和φ 分別是粘聚力和內(nèi)摩擦角。

根據(jù)肖雨[1]中的邊坡穩(wěn)定系數(shù)的定義和力的平衡條件，考慮爆破影響下邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，式中：B為爆破等效靜力；B ＝KG。定義k為計(jì)算折減系數(shù)[2]。

根據(jù)錦豐金礦露天開采初步設(shè)計(jì)，一個(gè)階段高度20米，臺(tái)階邊坡角α1=65°，平臺(tái)寬度取單車通過寬度a=14米，則

因此，單臺(tái)階時(shí)邊坡穩(wěn)定性表現(xiàn)為非常穩(wěn)定。

2.2二階邊坡的穩(wěn)定性分析

已知a１是臺(tái)階平面寬度，k１和k２分別是兩階邊坡的坡高，α１ 和α２分別是兩階邊坡的坡角，根據(jù)幾何關(guān)系可得三角形ABC的重量[3]，如圖2所示。

四邊形BDEF 的重量[4]

為了求解方便，令

式中

上式就是二階邊坡最不利滑面的水平投影距離， 將其代入式（1）

即可求出二階邊坡最不利滑面的穩(wěn)定系數(shù)，這個(gè)穩(wěn)定系數(shù)也就是二階邊坡的最小穩(wěn)定系數(shù)。同時(shí)根據(jù)幾何關(guān)系θ＝arctan（h/x），可以求出二階邊坡最不利滑面的傾角θ[4] 。根據(jù)錦豐金礦實(shí)際條件，得

因此，二臺(tái)階時(shí)邊坡穩(wěn)定性表現(xiàn)出非常穩(wěn)定。

2.3多階邊坡的穩(wěn)定性分析

通過對(duì)比式X和F不難發(fā)現(xiàn)，求解出的二階邊坡最不利滑面的水平投影距離的解析解和單階邊坡的解析解相比，只是 cotα１換成了cotα１＋β[5]。對(duì)于露天礦山臺(tái)階邊坡而言，為了便于施工生產(chǎn)，一般情況下各級(jí)臺(tái)階邊坡的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，即臺(tái)階邊坡的平臺(tái)寬度a１ ＝a２ ＝……＝an ＝a ，臺(tái)階邊坡角α１ ＝α２＝……＝αn ＝α ，臺(tái)階高度k１＝k２＝……＝所以對(duì)多階邊坡而言，易得

根據(jù)錦豐金礦露天開采初步設(shè)計(jì)，一個(gè)階段高度20米， 取5個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算h=100米，n=5，臺(tái)階邊坡角α1=65°，平臺(tái)寬度取單車通過寬度a=14米，則

根據(jù)錦豐金礦地勘報(bào)告，金礦底部為石英巖和泥質(zhì)砂巖，取比較弱的泥質(zhì)砂巖進(jìn)行計(jì)算，泥質(zhì)砂巖粘聚力為3.69MPa，摩擦角為29°，爆破計(jì)算系數(shù)按照經(jīng)驗(yàn)取0.012，

代入（3）式得（13）

最不利滑面的傾角

將以上兩式代入F得

因此本邊坡為安全邊坡，在受到炮振以后不會(huì)發(fā)生垮塌。

當(dāng)n=10時(shí)

X=93.2+249=342.2

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)錦豐金礦邊坡穩(wěn)定性系數(shù)隨著邊坡臺(tái)階的增加逐漸變小，但都是大于1的，說明整個(gè)邊坡在炮振作用下，是安全的，但隨著開采深度加深，邊坡巖石內(nèi)聚力和摩擦角有所變化，容易造成松動(dòng)，引起滑坡，所以邊坡扔需及時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生位移，及時(shí)處理。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 肖雨。《爆破振動(dòng)下露天礦臺(tái)階邊坡的穩(wěn)定性分析》，（湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2022年04月刊）94-99

[2] 陳志強(qiáng)，王 亮 清，劉 順 昌。巖 質(zhì) 邊 坡 平 面 滑 動(dòng) 滑 面 極 限傾角的研究[J]．人民長江，2013，44（13）：39-42．

[3] 孫玉科。邊坡巖體穩(wěn)定 性 分 析[M]．北 京：科 學(xué) 出 版 社，1988．

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作者單位：桐梓縣工業(yè)和能源局