前言:露天采矿是较为常见的一种采矿方式,通常,只要矿床条件允许,进行露天采矿,开采效率高,安全性好,基建时间较短,具有更加优秀的大型机械化作业和平台作业条件,在我国的矿业生产当中,露天采矿大约占整个矿业产量的50%以上。但安全生产一直以来都是矿产资源开采的首要前提,露天矿山边坡稳定又是露天矿山最为重要的安全生产保障条件。为此,如何科学应用边坡治理防护技术对复杂地质条件下的露天矿山边坡进行提前优化治理,保障边坡稳定,防止发生坍塌滑坡,已成为保障露天矿山安全开采的重要技术条件,相关企业应予以足够重视。
1 露天矿山边坡稳定性主要影响因素分析
1.岩体特征及结构影响
在岩体特征因素中,岩性特征的内容一般包括岩体本身的自重、孔隙度岩体的内聚力、抗压强度和抗剪强度。此类特征的存在都会在一定层面上影响到露天矿山边坡的稳定性,尤其是岩体自身抗剪强度的大小,可以直接决定露天矿山边坡是否会产生滑动,发生事故。通常,露天矿山中岩体本身具备的抗剪强度越高,对于露天矿山边坡稳定性越有正面的帮助。
在岩体结构方面,岩体中的断层、层理、节理和片理是边坡稳定性的控制因素,因此,结构面被认为是特别重要的影响因素。结构面强度比岩石本身强度低很多,根据岩块强度计算稳定的岩体边坡可以高达数百米,然而岩体内含有不利方位的结构面时,高度不大的边坡也可能发生破坏。当露天矿山边坡出现滑动时,滑动的轨迹具有一定规律,即会伴随着露天矿山岩体的结构构造面顺溜下滑。此时,如果露天矿山的边坡坡向和山体结构面之间的交线倾斜角度一致或接近,那么滑动事故极可能发生,此时作为采矿管理人员需要针对该项问题进行关注和解决。
2.人类采矿活动影响
在人类采矿活动影响因素中主要包括三点,分别是爆破振动荷载、附加荷载以及开采顺序和推进方向:①在开展露天矿山爆破施工时会使边坡岩体本身的应力受到一定影响,应力集中区不断扩大至一定程度会造成露天矿山边坡滑动事故。对于爆破振动而言,其主要是由边坡所受到的振动频率以及速度快慢决定,而影响此类结果的因素包括岩石本身性质、地质、炸药量等;②附加荷载为露天矿山施工团队在边坡顶部堆积机械、废弃石材、矿山钻车、挖掘机等矿山开采设备自带的重量,都会对露天矿山山体形成附加性的荷载,继而降低边坡的稳定性;③采矿工作的开采次序以及推进方向影响因素。如果工程开采的次序推进不科学,没有考虑地质构造断层、层理及节理的走向和倾向,在形成台阶坡面角和滑层面倾向一致或接近时就会对边坡稳定性产生较大影响。或是直接在开采的过程中运用掏采的方式从露天矿山边坡的底部进行,此种开采方式形成的浮石、空洞是影响边坡稳定性的重要因素。
3.露天矿山地表、地下水影响
在露天矿山稳定性的众多影响因素中,地表水这一影响因素的存在,具体表现为侵蚀边坡岩体。该影响主要出现在雨季时节和冰雪刚解冻的时间点。在此背景下,岩体会受到裂缝中充水的影响,增加原有的岩体裂缝,从而失去岩石本身固有的约束力。另一方面,当岩体内充水之后,露天矿山的边坡岩体会被充水的结果软化,继而负面降低岩石体的固有强度和摩擦力,造成边坡稳定性降低。北衙万硐山采场中的蚀变斑岩就是典型的遇水软化松散,严重失去了固有的强度和摩擦力,经常发生边坡坍塌失稳情况,如何处理是本次研究的重点。
地下水对岩体的作用主要为边坡岩体将承受水的浮托力,而不透水的边坡岩体坡面将承受静水压力,充水的张裂将承受裂陈水静水压力的作用;同时地下水的渗透流动将对边坡岩体产生动水压力。另外,水对边坡岩体将产生软化、侵蚀等物理化学作用,从而造成局部边坡岩体软化失稳坍塌,北衙公司万硐山采场存在的蚀变斑岩和泥灰岩就是典型的遇水和空气软化松散变质岩性,造成边坡的极大不稳定性。
2 几种复杂地质条件下露天边坡稳定工程技术探究
1.遇水变软地质岩性边坡稳定防护方法
岩石的软化性是指岩石受水作用后,强度和稳定性发生变化的性质,主要取决于岩石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含量高、孔隙度大、吸水率高的岩石,与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。用软化系数作为岩石软化性的指标,在数值上等于岩石饱和状态下的极限抗压强度与风干状态下极限抗压强度的比,其值越小,表示岩石的强度和稳定性受水作用的影响越大。未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩,软化系数大都接近于1,是弱软化性的岩石,其抗水、抗风化和抗冻性强。软化系数小于1.75的岩石,是软化性较强的岩石,工程性质比较差。北衙万硐山露天采场中存在的蚀变斑岩是一种软化系数较大的岩石,在没遇水时岩石强度较大,稳定性好,一旦暴露到空气中表面就会松散化,特别是遇水时会更快松软化,对边坡的安全稳定会造成严重影响,因此怎样防止此种岩石与水和空气的接触,是防止岩石软化的有效措施。通过近几年的探究,主要采用下列方法进行预防控制:①采用铺防水膜的方法进行表面防雨水措施,防止雨水直接作用到岩体上,以此减慢边坡岩石的软化速度,此法成本低,操作方便,但不能严格控制岩石不软化,短期内可起到一定效果;②采用挂网喷浆防护,在刚剥露的台阶坡面上打桩挂网并进行喷浆防护,此法可有效防止地表水对边坡岩体的影响,但相对成本较高,适用于终了边坡的稳定性防护;③为防止岩层交接面地下水对边坡的影响,沿接触面打泄水孔对地下水进行有序的泄排,可防止地下水因作业面开放后到处渗透对遇水软化岩体产生影响。
2.倾斜滑层构造地质边坡稳定防护方法
在背斜、向斜、断层等地质构造影响下的地层,会产生地层倾斜变化,在采矿活动影响下极易发生边坡失稳情况,特别是露天矿山边坡台阶坡面与地层斜向一致形成顺向滑层时,更加容易产生边坡滑坡失稳,倾角在30-60范围内最难控制。针对上述地质构造,需从以下方面进行预防控制:①对于滑层倾角较陡的滑层,尽可能从设计源头上进行台阶坡面角调整,尽可能使台阶坡面角与滑层倾角一致或接近,减少边坡施工时对滑层面的整体破坏;②从工程措施上进行干预,采取混凝土抗滑桩形式对滑层进行整体结构支护,用支护消除斜滑层的重力下滑力;③采取锚杆挂网喷浆支护方式,此法成本较高,井下支护使用较多,露天矿山边坡治理应用较少,多为局部破碎构造处使用。
3.破碎断层构造地质边坡稳定防护方法
破碎构造地质因岩石破碎,整体应力结构完全破坏,对边坡的稳定造成极大影响,对此类地质构造,需考虑以下方式进行预防控制:①在面积较小、区域不大时可采用锚杆挂网喷浆支护方式进行局部整体强度加固方式进行处理,锚杆和锚索是边坡防护最基本的组成部分,将边坡围岩固结在一起,促进围岩实现防护和稳定[1];②打孔进行内部注浆方式将整个破碎松散结构体的内部整体加固连接,使破碎体加固成一个完整结构体,从而达到整体强度提升,防止发生边坡失稳坍塌;③采用组合梁支护技术进行整个边坡防护,其技术原理体现在杆件将薄岩体视为一种梁在没有锚定的情况下,通常在上部位置有一个覆盖层。然而,由于中间层剪切阻力的降低以及自身重量和荷载的影响,很容易导致单梁弯曲和变形,从而导致上下边缘受压。锚固后,可以形成组合梁。在锚杆锚固力增大的背景下,各层之间的摩擦力增大,从而增加组合梁的完整性,并逐渐增加强度[2]。
3 露天边坡稳定性技术管理措施
1.严格边坡稳定性分析
加大露天矿山边坡的地质勘察强度,结合地质应力结构、边坡及台阶参数做好年度边坡稳定性分析,对发现的问题及时进行整改完善。
2.掌握地下水源资料
依照勘探出的地下水源资料,针对水源的具体位置进行导流,采用的方式可以是注浆堵水或者是挖掘排水沟等,最大程度降低地表水对于露天矿山边坡稳定性造成的伤害。
3.监测露天矿山边坡
构建完善的露天矿山边坡在线监测系统,应用微震监测技术、AE发射技术最大程度提升监测工作的质量,掌握露天矿山边坡岩体结构面的变形规律,据此采用适宜的边坡稳定性维护手段。
4.控制爆破技术的应用
运用斜孔预裂爆破控制技术以及减震爆破技术,减小爆破对边坡坡面整体结构强度及完整性的破坏,实现露天矿边坡稳定性提升。
5.加强边坡安全巡查管理
利用无人机巡查技术,提升边坡巡查效率,当发现异常情况及时进行严格的现场检查确认,确保巡查达到实效。
结束语:总之,露天矿山边坡稳定防护无法避免,对边坡稳定性防护技术研究工作也不会停止,什么样的地质条件需采取什么样的预防措施至关重要。在边坡稳定性防治过程中,要认真分析边坡失稳的原因,然后采取有效措施消除相关影响因素,提高边坡稳定性,预防坍塌滑坡事故的发生。
参考文献:
[1]向小伟.地质灾害治理工程施工中边坡稳定问题及滑坡治理方法[J].资源信息与工程,2019,34(2):2.
[2]周贤.分析地质灾害治理工程施工中边坡稳定问题及滑坡治理方法[J].建材与装饰,2018(38):2.