露天矿山开采边坡失稳原理与防治技术应用
赵鑫
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赵鑫,. 露天矿山开采边坡失稳原理与防治技术应用[J]. 矿山工程与技术,2024.1. DOI:10.12721/ccn.2024.157354.
摘要: 在露天矿山开采中,边坡失稳对矿山开采安全有着很大的影响,一旦开采中出现边坡失稳问题,不仅会影响矿山开采经济效益,还可能引发严重的地质灾害。因此,露天矿山开采中,需加强边坡失稳原理分析,采取有效的边坡失稳防治技术,保证边坡稳定性,才能充分保障露天矿山开采安全。本文对露天矿山开采边坡失稳原理与防治技术进行了分析,以供参考。
关键词: 露天矿山开采;边坡失稳;防治技术
DOI:10.12721/ccn.2024.157354
基金资助:

当前,社会经济发展速度不断加快,资源需求量不断增加,露天矿山开采任务日益繁重,开采安全事故频繁发生。针对相应问题,矿山企业一定要重视安全管理工作,尤其是要加强矿山开采边坡失稳问题研究,全面分析和掌握露天矿山开采边坡失稳原理,采取有效的防治技术,加强露天矿山边坡治理,提升露天矿山边坡稳定性,才能充分保障露天矿山开采安全。

1、露天矿山开采边坡失稳原理

1.1边坡的几何形状

通过对护坡进行合理的设计,才能保障边坡稳定性,通常在护坡设计中,需要注意合理设计边坡几何形状,如果几何形状设计不合理,就可能导致边坡失稳问题的发生。在露天矿山开采中,主要采用的事阶梯式分层开采方式,阶梯坡视角70°,坡高14m,而服务平台岩层主要是灰岩白岩、白云灰岩、泥质岩,岩层比较破碎,采取凹形断面设计,可以有效提升服务平台护坡可靠性。在设计中,还可以采用平行线性护坡与凸边护坡,但前者主要应用于岩层结构细致、变化不大的护坡,后者则适用于下槽岩层细密、上端岩层松散的岩层。如果露天矿山护坡并无独特的地质结构,可以根据实际合理设计边坡,以提升护坡可靠性。因此,在露天矿山开采边坡失稳问题中,边坡几何形状是重要的影响因素。

1.2地质结构及岩体性质

不同岩石特性不同,通常,深成岩与侵入岩护坡更加的可靠,矿山由板岩、片岩受到风化作用的影响,很容易出现滑移、坍塌问题。受到外力与内力因素的影响,构造面岩石会形成断块、裂缝、层理和正断层的地质环境页,这一材料也可以作为相应建筑用料。岩石结构面鱼岩体对边坡的稳定性有着很大的影响,岩石构造面可能增加岩石不平整度,导致边坡岩石不连续。如果岩层缺乏稳定性,就容易沿着相应的结构面组成边界而出现切割、滚动、裂缝、变形纹理。在露天矿山边坡安全问题中,地质结构及岩体性质是导致相应事故发生的重要因素之一。

1.3岩性风化和侵蚀作用

露天矿山边坡很容易受到环境因素的影响,空气、风、温度及水等的侵蚀破坏,形成岩土工程体的结构面,并降低岩层抗拉和抗压强度。受到风化和侵蚀作用的影响,岩石的细小裂缝还会不断扩大,进而导致岩石表面变得柔软膨胀,并出现层层脱落的问题。受到风化和侵蚀作用的影响,还会改变护坡几何形状,甚至导致护坡坍塌。因此,还需注意做好护坡覆盖与封闭工作,甚至是要及时做好护坡的绿化工作,尽可能的降低边坡失稳的可能性。

1.4水的影响

水的流动对矿山开采有着很大的影响,不仅会带走矿山中的相应矿物质,地表水渗透到岩石中,还会对岩石产生一定的物理化学作用,进而导致岩石发生松软、膨胀开裂的问题。关于边坡失稳因素的研究中,水会对边坡造成一定的气压和负压作用,进而导致边坡出现滑坡问题[1]。通过对露天矿山护坡安全事故进行研究,相应安全事故主要发生在雨天和解冻期,导致相应事故发生的原因是未能做好边坡的防水工作,或是所采用的防水方法并不合适,难以起到有效的防水护坡作用。

1.5构造应力和残余应力影响

露天矿山开采过程中,护坡边界会处于应力状态,地质构造的构造作用的影响下,边坡就会承受相应的找平构造的地应力,而相应应力很容易导致护坡岩向空隙区发生变形,护坡岩相应的缝隙也会扩大,还会出现新的泄压裂缝,进而导致下槽应力的增加,岩石的抗压强度也会降低。地应力对护坡荷载有着很大的影响,因此,加强地应力分析,才能充分保障护坡稳定性。

1.6爆破振动扰动影响

爆破施工是露天矿山开采中的重要施工内容,而爆破震动很容易破坏边坡岩石,进而导致边坡发生滑坡问题。同时,爆破施工还会形成一定的裂缝,地表水与降水沿着渗入岩层中,就容易加重对岩石的侵蚀影响。在基坑开挖到一定极限时,还需采取光面爆破和预裂爆破技术,尽可能的减少爆破震动,以保证边坡的稳定性。

2、露天矿山开采边坡失稳防治技术应用

2.1统筹管理开采作业

在露天矿山开采过程中,还需对开采作业进行统筹管理,选择合适的采矿方法,合理布置采矿区域,确保开采工作的有序推进,并充分考虑边坡工程要求,采取有效的边坡防治措施,避免边坡倾倒滑移问题的发生。在边坡围岩性质结构选择中,需选择额合适的支护方法,才能有效控制边坡变形。关于边坡围岩,要注意减少其暴露的时间,对破碎地带,需进行预注浆,以提升岩石强度,并实现对水流的有效封堵[3]。在开采作业中,还需预留足够的作业平盘宽度,对工作帮及工作帮边坡角进行严格的控制,保证边坡稳定性。关于爆破施工对边坡稳定的影响,一定要加强爆破施工管理,采取精细化施工方式,确保爆破震动处于安全范围,才能充分保障边坡稳定性。

2.2合理安排开采顺序

在露天矿山开采中,首先要确定合理的开采顺序,严格按照相应规范要求进行开采,才能减少安全事故的发生。在开采中,一般要求自上而下进行开采,并要进行放井或斜孔,工作台搭建后,严禁在其底部进行开采,同时,开采作业中,还要避免边坡形成伞状岩石和空隙。露天矿山开采中,可以采取分层开采方式,以降低边坡高度[2]。在每一层台阶高度的确定中,需要综合考虑岩石性质与采掘设备,通常将台阶设置在10~15m范围。关于护坡坡面角的大小,需要按照矿岩的性质进行确定,如果矿岩相对松软稳定,要求相应护坡的坡面角不能大于自然安息角;如果矿岩相对稳固,则坡面角不大于50°;矿岩比较坚硬,坡面角则不大于70°。关于露天矿山开采边坡坡度角的设置中,需要充分考虑岩石性质、地质构造、水文地质条件、开采深度及边坡生存期等多种因素,并要做好后期维护工作,结合爆破技术,确保边坡稳定性。

2.3做好防水排水工作

防水排水工作是保障露天矿山开采边坡稳定的重要措施,合理设计地面排水沟、截水沟,并将相应沟渠与泄洪河道相连接,尽量远离边坡,减少边坡附近的积水,才能充分保障边坡稳定性。地下水也是造成边坡变形的重要因素,因此,还需加强地下水处理,采取集水井、渗井、平孔排水等进行处理,抑制延缓软岩边坡蠕动变形,避免水处于滑坡范围,才能保障边坡的稳定性。此外,还需保证疏干排水工程设计的合理性,以更好的应对边坡形状突变问题。

2.4加强边坡监测预警

露天矿山开采中中,一定要重视边坡稳定性,可以利用科学技术手段,比如无人机跟踪巡查方式,加强矿山信息化建设,构建智慧边坡安全监测系统,对边坡进行全面的监管。在边坡管理中,还需定期组织人员开展监测工作,充分掌握边坡位移、裂缝、变形等情况,并制定有效的应急预案,才能有效控制边坡安全事故。

3、结语

在露天矿山开采中,边坡问题是重要的安全管理问题,保证边坡稳定性,才能保障露天矿山开采作业的顺利进行。在露天矿山开采边坡失稳防治工作中,还需加强边坡失稳原理分析,充分了解造成边坡失稳的主要因素,采取有效的防治技术手段,加强边坡管理,保证边坡稳定性,才能充分保障露天矿山开采安全性。

参考文献

[1]宫鑫.露天矿开采中边坡的稳定性研究[J].当代化工研究,2021(19):95-96.

[2]刁志军,谭舒文.浅析露天矿边坡稳定工程安全技术措施[J].科学技术创新,2020(35):134-135.

[3]乔琛.露天矿边坡稳定性的影响因素与防治措施[J].露天采矿技术,2019,34(01):92-94.

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