露天矿边坡治理技术研究

张建华

摘要：露天矿边坡治理非常复杂，而且处于不断变化的动态过程中，矿山的开掘工作贯穿于矿山服务全过程，所以必须要做好露天矿的安全防护与治理，依照露天矿的实际情况，对露天矿边坡的影响因素和安全风险进行详细的研究，制定科学的防护与治理措施，确保露天矿边坡的稳定性。同时还应当做好相应的管理控制工作，防止边坡中出现安全风险。

关键词：露天矿；边坡治理技术

中图分类号：TD854文献标识码：A

1边坡稳定性影响因素

边坡失稳的实质就是边坡岩土体产生变形破坏的过程，而岩体强度特性和其应力分布状态是造成岩土体发生变形破坏的主要因素。在各种影响因素对边坡的共同作用下，边坡失去平衡，边坡失稳是岩体自身不断调整强度特性与应力分布状态之间的相互作用以及寻求新的平衡的过程。影响边坡稳定有多种原因，其中岩体的应力分布状态和强度特性是两个非常关键的因素。根据自特性分类可以分为自然因素和工程因素。自然因素可划分为岩体岩性、地质构造和地下水、气候条件、风化作用以及地震因素等;工程因素主要有爆破震动效应、开挖效应、露井联采和边坡设计等。

2露天矿边坡稳定分析方法

2.1极限平衡法

极限平衡法在治理研究工程中得到了很好的应用，在边坡稳定性分析中经常被采用。其中心思想是按照某种既定的规则，划分某个范围内边坡岩体成为许多小块体，之后用极限平衡理论进行边坡稳定性分析。极限平衡分析方法主要包括:Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern－Price法、滑楔法、不平衡推力法、Sarma法。

2.2定性分析法

定性方法根据数值计算得到应力结果，从而进行强度判断，划分相应的破坏区，按照破坏区的确切位置和范围进一步进行边坡稳定性的评价。该法对于岩土体边坡破坏区的取值很小，对没有出现边坡岩土体破坏区的岩土坡不能做出一个正确的稳定评价。

2.3数值分析法

计算机技术迅猛发展的今天，基于计算机技术产生的一系列的数值分析方法在边坡分析中得到广泛应用。常用的数值分析法有:有限离散单元法、快速拉格朗日法、单元法。(1)有限元法。有限元法在边坡稳定分析中，应用分析线性或非线性几何体，不连续性和非均匀性也可以考虑在内。但由于物理参数的选取对该法影响较大，解决不了岩体内大量的不连续面与节理的问题，尤其对于求解无限域、大位移、大变形、应力集中等问题不利。(2)快速拉格朗日法。即有限差分法，由Cundall．P．A在20世纪70年代首次提出，并在美国Itasca咨询公司的首先使用下得到推广，其基本原理类与离散单元法相同。与有限元分析方法相比，该方法具有可以研究任意时间段内某一流体质点流速的变化情况、运动经过的地方所形成的轨迹以及加速度变化时的特性。该方法求解速度非常快，能够迅速得到实验所需的结果，适合求解非线性大变形等问题。其不足之处在于，在计算边界与网格的划分上具有很大的不确定性，会给计算结果带来很大的误差。(3)离散单元法。该法运用动态数值分析方法对岩土体稳定性进行分析，适用于求解存在节理的岩体、动力平衡方程，利用计算机表示出边坡体的位移场、应力场及应力应变关系等的变化过程，简单方便地解决了动力稳定问题与线性大位移问题，在边坡工程和岩土工程中常常用到。(4)非确定性分析方法。尽管边坡稳定性分析方法得到了快速发展，但还是不能对各种影响因素的时空效应和交互效应进行可靠的定量分析描述。模糊数学、统计学、神经科学等应用到边坡稳定性分析工作中可以更准确地评价。

3边坡观测

露天矿边坡观测技术可分为位移观测、岩体破裂观测、涌水量水的观测和巡检(宏观观测)四个主要类型。其中最主要的是位移观测。

3.1地面位移观测

地面岩移观测。在矿坑周边地面建立岩移观测点，实施定期观测，及时掌握边坡动态。重点部位临时岩移观测。对重点部位设置临时观测点，按周期进行观测，观视局部变形，及时做出变形或滑坡预报。

3.2人工监控(宏观观测)

配合地面岩移观测，安排专业人员分区域进行巡视，查看地表裂隙变形状况，以便随时发现变形异常情况，并及时采取对策。

4观测工作

常规边坡观测站的观测工作一般包括连接测量、宏观巡视测量和加密测量，观测站设置10d～15d后，进行连接测量:(1)预测。预测的目的是发现边坡何时开始滑动，当观测点下沉大于30mm时，即可认为滑动已开始。(2)滑动期观测。滑动期观测一般每30d进行一次，在滑动速度快、变形大的情况下，应缩短观测时间间隔，以便全面掌握和研究滑动规律。滑动期每次观测均应进行平面控制测量、高程测量、裂缝(位置、宽度、长度、深度)观测等。

5内业整理方法

内业整理工作包括:①三角高程测量的边长改正;②三角高程的地球曲率和大气折光改正;③计算出各观测点高程和坐标;④计算出当次观测与首次观测之间各测点的下沉值W和水平移动值U、在竖直面内的移动分量以及测点平面移动分量测点在观测线竖直面内的移动速度。由上述4个参数的技术分析可知:①当发现宏观观测的某个区域裂缝下沉值达到30mm时，即认为已进入滑坡期发出滑坡预报阶段，并在10m范围内设置闭合警戒，禁止车辆和行人通过;②每次观测工作完成后，及时绘制1∶500滑落体平剖面;③绘制1∶500水平移动曲线图和水平变形曲线图;④绘制观测点在竖直面内的移动速度图，比例为5∶1。从以上4种图件上表现的要素，就可以直观分析边坡上滑体的位置、形状、大小以及它在空间上的移动方向和下沉速度，从而指导海石湾煤矿边坡、采区的初始拉沟、阶段平盘和采掘条带的设计和实施。

6管理方面的控制

6.1边坡靠界管理

在实践过程中发现，台阶的塌陷规模主要是由于不合理的靠界所引起，边坡受超采欠挖以及爆破影响比较严重，因此，针对边坡稳定开展全方位的紧密监控尤为重要。①靠界台阶清理。为了依照设计要求确保台阶顺利靠界，进行靠界台阶清理非常重要，能够更好的保证设计穿孔位置。②采矿设计境界现场标定。在现场放设计境界线，坐标点距通常为二十米，到转弯的区域进行加密。放设顶坡线进行上台阶靠界，设置破底线进行下台阶并段；依照设计标高对台阶进行适当的调整。

6.2日常边坡检查及维护

对已经出现的边坡进行人工查验，并制定有效的巡检制度，确保在发生边坡异常的情况下，及时的进行解决。特别是针对主要工作及重点设施方面上部的边坡地带，更应当加强重视力度，查找灾害的原因，并且对这些危险区域进行有效的清理，保证边坡的稳定性，以免发生边坡事故给人们的生命财产安全造成威胁。

6.3开展边坡稳定性研究

在采场不断深入的前提下，周围的岩石揭露更加明显，对工程区域的地质情况以及水文问题等进行连续性的采集，深入的研究其稳定性，对研究成果进行进一步丰富，加强滑坡问题成因机制研究，为相关治理工作的开展打下坚实的基础。

结束语：

随着露天矿开采规模的不断扩大，露天边坡安全防护问题变得越发严峻，边坡稳定性对人们的生命财产安全有着最为直接的影响。因此，加强露天边坡安全防护与治理措施的研究，提升边坡治理的安全性，优化矿山开采环境，降低和避免露天边坡安全事故的发生几率有着非常重要的意义。综上所述，以上内容就是对露天矿边坡治理技术的论述。

参考文献：

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