理论教育 某铁矿露采边坡的特点与稳定性评价

某铁矿露采边坡的特点与稳定性评价

时间:2023-11-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:尽管矿山露采边坡与线路工程边坡和水电工程等边坡工程有着众多的相似的稳定性影响因素和变形破坏模式,但因其自身特点决定了矿山边坡的独特性,主要有以下几点[8,14,39]。工程活动的多样性和影响因素的复杂性露天矿边坡工程的复杂性除了表现在地质结构空间分布的随机性之外,还突出表现在以下几个方面。露天矿边坡工程的时效性决定了其稳定性评价也具有时效性。

某铁矿露采边坡的特点与稳定性评价

尽管矿山露采边坡与线路工程边坡和水电工程等边坡工程有着众多的相似的稳定性影响因素和变形破坏模式,但因其自身特点决定了矿山边坡的独特性,主要有以下几点[8,14,39]

(1)露天矿边坡工程赋存条件的不可选择性

露天矿边坡是露天矿场的边界,它的形成只能根据矿体赋存位置和条件、相关行业的经济水平、开采的技术条件等进行设计和开挖,尤其是边坡的形成位置不具有可选择性,只能是在开采的矿体周围形成,即边坡的工程地质条件、水文地质条件等不具有可选择性,无法避开不良的工程地质区域,无法从根本上调整边坡的方位,这与其他行业的岩土边坡有本质差异。因为其他行业岩土边坡的选址并不是唯一的,同时边坡的方位可以适当调整,甚至通过合理设计,可以避开不良的工程地质区域等。

(2)工程活动的多样性和影响因素的复杂性

露天矿边坡工程的复杂性除了表现在地质结构空间分布的随机性之外,还突出表现在以下几个方面。

①工程活动的多样性,体现在露天开采和井工开采的复合作用,很多露天矿上部边坡加陡、到界、闭坑、内部排土等,同时下面井工采动或露天转井下开采,使得边坡几乎全部处于采矿岩移扰动范围内;同时还要考虑运输平台、安全平台和工作平台以及排水沟堑、开拓工程的布设等。

②影响因素的耦合作用,体现在降雨诱发的水压变化和爆破震动引起的岩体损伤破坏以及岩体被持续人工卸荷引起的应力应变调整等。就日常生产爆破作业、靠帮爆破作业来说,我国大型矿山一次生产爆破的炸药量可达数十吨,有的甚至近百吨,尽管广泛采用微差爆破等控制爆破作业技术,但对边坡形成的震动影响仍然是巨大的,导致边坡表面岩体进一步破碎,爆破震动诱发边坡滑动、坡面岩石滚落、台阶局部崩塌等。由于露天矿边坡服务的时间性,边坡的生成、服务年限就是露天矿开采的寿命,所以在边坡日常维护方面投入费用较少,边坡形成过程中的工程质量控制也不尽一致,有些矿山采用了预裂、光面等靠帮控制爆破技术,但很大部分矿山靠帮中没有很好地采用控制爆破技术,致使爆破对边坡岩体的扰动、破坏十分严重,边坡表面岩体破碎,且不加防护。边坡截水和排水不当,降雨等形成的地表径流随意下渗,可对边坡形成加载、软化、渗流等作用,这些作用的最终结果均导致边坡向不利于稳定方向发展。

(3)边坡工程的时效性(www.daowen.com)

露天矿边坡与线路工程边坡和建筑边坡工程所要求的百年大计或永久性不一样,露天矿边坡大多属于临时性边坡或半永久性边坡,服务年限长短不一,就是同一边坡,由于形成过程的时间持续性,整个边坡的服务时间有很大差异,上部边坡的服务时间长,下部边坡的服务时间短,因此,对其稳定性评价的要求亦就不尽相同,只要能保证相应期间的生产安全即可。露天矿边坡工程的时效性决定了其稳定性评价也具有时效性。一般行业是在边坡形成后才开始投入使用,发挥其功能,如公路、铁路的路堑或路堤边坡、码头岸坡等,均是在完工以后开始服务。露天矿边坡这种形成的渐进性以及服务的动态性是其自身的主要特点之一,即在边坡形成过程中就是边坡服务的过程,一旦最终边坡形成,边坡就完成了服务的任务。

(4)边坡及岩体的可变形性

与线路工程和水电工程边坡不同的另外一个特点是露天矿边坡不但可以允许边坡岩体产生一定的变形,甚至可以允许产生一定程度的破坏,只要这种变形及破坏不致影响露天矿的安全生产即可。主要要求保证在矿山的服务年限内不至于发生大滑坡的前提下,确定使露天采矿能取得最大安全、经济效益的最陡的边坡角。工程实践表明,对露天矿边坡岩土体的变形既要高度重视,又要进行具体的分析,最根本的是正确判定其变形破坏的工程地质模式及变形的发展变化趋势。

(5)边坡的破坏类型及破坏模式与矿产种类有关

总体来说,露天矿边坡的破坏以滑坡为主,对于煤矿而言,滑坡主要沿层面、软弱结构面滑动,其次是沿断层、大型节理滑动,当然,滑动面下部往往还切断岩层。对于金属矿或其他石灰岩矿、长石矿等非金属矿而言,矿体和围岩一般均相对比较坚硬,很少有明显的软弱夹层,但由于硬、脆的特点,岩体中节理、小断层、破碎带就比较发育,滑坡常沿着断层、破碎带、节理面发生。

(6)边坡稳定性认识的阶段性、循环性和动态稳定性

露天矿边坡是随着采矿工程的延深而逐渐形成的。我国一般的露天矿年下降幅度为8~15m,少部分可以达到20m以上,因此边坡的增高速度一般为8~15m/a。在露天矿开采初期,由于边坡高度较小,因此边坡问题并不突出,但对于有些矿山,由于岩层赋存条件、岩体结构等因素,即使是较低的边坡也会时常发生一些局部破坏,因此,有些露天矿山自从开采初期就遇到了边坡失稳问题,并一直持续至露天开采的整个过程。稳定边坡的设置与优化过程其实就是边坡清方减载剥离(或加局部阶段性治理)与采矿之间应力应变的调整、平衡过程,露天矿开采活动贯穿于矿山服务期限的始终,边坡的动态稳定也将贯穿于整个服务期限的始终,而且露天矿开挖本身就是一种最有效、最直接的工程揭露与勘察,随着露天矿开采,对矿山工程地质条件的认识可以不断地深化,具有阶段性及循环性。可见露天矿边坡稳定是一个动态稳定的过程,为此应尽可能地调节不同阶段的工程地质勘察、评价工作的内容与思路,以便与露天矿的生产及露天矿边坡稳定性评价的不同阶段相适应。

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