矿山边坡破坏类型及影响因素分析_王思文.pdf

202312技术应用与研究94Modern Chemical Research当代化工研究矿山边坡破坏类型及影响因素分析王思文 韩琦（中建材资源环境有限公司 北京 100035）摘要：文章阐述了矿山边坡失稳的几种常见类型，并对几种能够对边坡稳定性产生影响的因素进行了介绍，针对性分析了各类影响因素的不利作用。最后给出了矿山边坡的治理措施。关键词：边坡；破坏类型；影响因素中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.031Analysis of the Types and Influencing Factors of Mine Slope FailureWang Siwen,Han Qi(China National Building Materials Resources and Environment Co.,Ltd.,Beijing,100035)Abstract：The article elaborates on several common types of slope instability in mines,introduces several factors that can affect slope stabil-ity,and analyzes the adverse effects of various influencing factors.Finally,treatment measures for mining slopes were provided.Key words：slope；type of damage；influence factor引言矿山开采活动的本质是对完整岩石应力的破坏过程，随着开采活动的开展，露天边坡中原始应力的分布状态逐渐发生改变，稳定的应力平衡被打破，因开采产生的次生应力场随之产生，同时，外界的地下水、爆破震动荷载、移动机械荷载等也会对应力场存在叠加影响作用，矿山边坡岩体应力场失衡时，往往发生破坏。边坡稳定性直接制约着矿山的生产安全，尤其是露天矿山在开采过程中，矿山的高度、面积、维护所需的时间和成本都要随着开采程度的不断扩大而增加，否则边坡破坏将日益突出。根据对我国露天矿山（大中型）的相关统计数据，矿山边坡总量的 15%20%为不稳定或具有潜在滑坡危险的边坡，因此，厘清矿山边坡的破坏类型及影响因素是露天矿山防灾减灾的重要途径，也是制定矿山边坡治理措施的前提。1.边坡破坏类型边坡破坏的形式可以分为：剥落、崩落、圆弧滑坡、平面滑坡、沉降和流动等。按照不同的岩体失效机理，矿山中边坡破坏方式通常具有以下三种类型：(1)平面破坏当边坡中存在一组或多组明显的软弱结构面时，坡体通常会沿着软弱结构面发生平面滑动破坏。如图1所示，当岩体内结构面的倾角介于边坡倾角和岩体内摩擦角之间时，往往容易发生平面破坏。如果顺层软弱层的下部与边坡岩体在坡面上存在明显的交层，并且边坡走向与软弱层的走向大体相同或一致时，会导致边坡岩体强度明显降低到小于滑体下滑力的水平，边坡会在滑体的下滑力作用下沿着软弱结构面发生平面破坏。图1 平面破坏Fig.1 Plane failure model通常情况下所称的平面破坏往往都只具有单一的滑动面结构，在工程活动中，往往会存在滑动面由多个平面复合而成的平面滑动状态，此种情况称为非典型的平面破坏。(2)楔体破坏图2 楔体破坏模型Fig.2 Wedge failure model在边坡岩体中，如果存在两组或者多组走向与边坡走向不一致的软弱结构面相交，其交线倾向与边坡202312技术应用与研究95Modern Chemical Research当代化工研究倾向一致，倾角满足大于结构面内摩擦角且小于边坡倾角，并且结构面在坡面上出露，在这种情形下，边坡岩体通常会沿着结构面之间切割形成的楔体形式发生破坏，如图2所示。一般来说，常见的楔体破坏方式通常有三种：整体沿着岩体掉落或者上凸运动、沿着一侧结构面滑动、沿着结构面之间的交线产生整体滑动。(3)圆弧破坏露天矿边坡发生圆弧面破坏时，矿坑边坡上部的岩层会向下滑动和倾斜，形成一条或多条凸出的圆弧形裂缝，称为圆弧面。当圆弧面承受的重力和地应力超过其抗力时，就会发生破坏。破坏时圆弧面上方的岩层会向下滑动和倾斜，形成一个圆弧形的滑动面，滑动面的形状与圆弧面相似。圆弧面破坏是露天矿边坡中常见的一种破坏形式，其特点是破坏面规则、稳定性差，易引起次生灾害。图3 圆弧破坏模型Fig.3 Circular failure model2.影响矿山边坡稳定的主要因素(1)岩性及结构面影响岩性包括岩石的物理力学和化学水理性质，由不同造岩矿物构成的岩体岩性各不相同。通常情况下，边坡岩体在吸水状态下呈现出的力学强度对矿山边坡稳定起着至关重要的作用。像高岭石、伊利石、蒙脱石等一类岩体，此类矿物塑性指数很高，即在可塑状态下其内部含水量可以在相当大的范围内变化。边坡岩体结构面内若由此类物质构成，则遇水很容易软化，明显降低结构面处的抗剪强度，从而导致边坡岩体滑动失稳。岩体结构面通常是不连续的，将完整岩块划分为若干个大小、形态不同结构体，这些次生结构体的强度相比完整岩块的强度大大降低。一般来说，岩体结构面的强度都比较弱，且容易破碎，受地下水和风化等因素影响比较显著，滑坡的破坏面也通常沿着节理面产生。(2)地下水及其影响由于地下水因素造成的边坡稳定性的降低，主要是因为存在于岩体内部的潜在滑动面上的水压力作用。矿山边坡滑坡在冻融阶段、雨量充沛时期最为常见，地表和地下水作为不利因素，对边坡稳定产生非常重要的影响。通常，地下水对边坡稳定的影响体现在以下三个方面：裂隙中的静水压力，会对边坡不透水岩体坡面产生不利作用力；裂隙中因地下水渗流产生的动水压，将会对裂隙中的细小颗粒产生冲刷作用，从而使裂隙进一步发育；边坡岩体中存在的黏土类物质，容易吸水膨胀，黏聚力下降，使抗剪强度大大降低。下面重点对静水压在边坡岩体中的作用进行分析。渗入边坡岩体中的水，将对周边岩体产生压力作用，这种压力分布于裂隙两端壁，并且对滑块同时造成浮力作用，浮力方向沿着滑块法线方向斜向上。简化修正后的水压分布情况见图4所示。图4 裂隙水对滑块的作用力分布图Fig.4 water pressure on the sliding slope 可见，在上部竖直BC段，裂隙水产生的总的水平压力可以推算出：（1）坡底A点为渗水点，边坡中的水可以经此点渗流而出，此点并不存在静水压力。在存在于整体地下水高度1/2处的D点，静水压力可以得出为。由此可推断出在整个倾斜裂隙发育面上总水压力为：（2）显然，代入公式（2）中可以得出：（3）其中，h竖直裂隙水高度，m；W水的容重，kN/m3；202312技术应用与研究96Modern Chemical Research当代化工研究HW地下水总高度，m。地下裂隙水对滑块的作用力U沿着滑块垂直面方向斜向上，抵消一部分滑块自身重力，导致滑块沿着AB方向上的摩擦力减少，从而进一步导致滑坡。(3)边坡几何形状及其影响矿山边坡几何形状对岩体内应力分布的种类起到至关重要的影响。沿边坡整体水平取剖面，整体趋势向采空区凸出的边坡，称其为凸边坡，如下图左侧所示。在该类边坡表面集中存在拉应力，岩体内存在的节理会在此拉应力的作用下发育扩张，从而造成内摩擦力下降，容易发生失稳；反之，整体趋势向开采方向凸出的边坡，称其为凹边坡。此时边坡表面集中存在压应力，可以增加岩体的内摩擦力，对边坡稳定具有积极影响。（a）凸边坡 （b）凹边坡图5 边坡水平断面形状Fig.5 Slope shape of horizontal section(4)爆破及其他因素影响爆破工程作为矿山生产过程中的一个重要环节，对边坡岩体稳定性具有重要影响。爆破可以产生爆破动载荷，当爆破动载荷作用在边坡岩体时，可以使岩体产生横向和纵向反复震动，通过施加附加应力来扩大边坡岩体内结构面的规模，并且产生新的裂隙面。爆破动载荷在一定程度上可以直接引起边坡岩体沿着软弱结构面产生滑移，严重危害矿山边坡稳定性。3.结论与建议（1）加强地质勘查工作。对于由强度较高的岩体构成的矿山边坡体，在边坡维护过程中，要积极使用钻探勘查手段确定岩体中是否存在裂隙或黏土状物质，该类构造容易受到地下水的影响，从而产生层间剥离现象，引发滑坡。（2）控制爆破过程的影响。在爆破过程中要注重爆破手段的应用，优化爆破方式，减少爆破对边坡稳定性带来的震动影响，可以采用微差爆破、减少钻孔底部装药量等方式，控制软弱夹层因爆破振动造成的强度折减，并对同时爆破的炸药量进行严格控制。（3）在开采过程中可以减少矿山下部岩石剥离量，形成凹边坡，并尽可能的缩小凹边坡的底部曲率半径，从而保障边坡稳定。（4）做好矿山的疏排水工作。通过修筑地表排水沟或者人工挡墙等疏排地表水，凹形开采的矿坑可以用水泵抽排；合理施工排水孔，疏干地下水，减小风险部位的水压。在进行疏干的设计工作时，要综合考虑疏干装置的时间、给水量以及有效泄水面积，来确定合适的疏干方式。（5）加强露天开采矿山边坡稳定性安全监测预警。稳定性监测是对边坡稳定性相关因素和表征稳定性变化的边坡行为状态进行反复地、持续地观测对比，用已收集的数据来研究边坡稳定性及其变化规律。根据矿山实际情况，建立健全边坡安全管理与检测制度，配备专职管理人员，制定边破失稳事故专项紧急预案，做好边坡稳定性监测预警是防止露天开采矿山出现边坡灾害的重要措施之一。【参考文献】1丁立明,才庆祥,刘雷,等.软弱夹层对露天矿边坡稳定性的影响J.金属矿山,2012,430(04):40-42+58.2周昌寿.露天矿边坡稳定M.徐州:中国矿业大学出版社,1990.3郭兵兵,舒继森,舒应秋,等.近水平岩层边坡工程地质模型及稳定性研究J.中国矿业,2012,21(02):104-107.4李皎,陈晋,耿宝军.海州露天矿环境地质灾害演化趋势及对策J.辽宁工程技术大学学报,2005(04):520-523.5郑颖人,时卫民,杨明成.不平衡推力法与Sarma法的讨论J.岩石力学与工程学报,2004(17):3030-3036.6孙玉科,杨志法,丁恩保.中国露天矿边坡长稳定性研究M.北京:中国科学技术出版社,1999.7芮勇勤.蠕动边坡稳定性及其变形,失稳的预测与控制D.徐州:中国矿业大学.8李超.露天矿山边坡破坏形式及原因分析J.大科技,2016(12):181-182.9唐廷宇,陈福民.影响露天矿边坡稳定的主要因素及防范措施J.矿业工程,2008,6(2):2.10李晓峰,陈亚杰,孙景敏.露天矿山边坡稳定浅析J.采矿技术,2010,10(5):2.11郑禄璟,郑禄林,常晓娜.露天边坡稳定性影响因素分析及防治措施J.金属矿山,2014,43(2):131-136.12胡栋良,王光兵,连兵.露天矿山边坡破坏形式及原因研究J.消费导刊,2020(23):31.13刘振展.露天矿边坡失稳影响因素及防治措施分析J.中国科技博览,2014(3):1.14温剑涛.影响露天矿边坡滑坡的因素及防治措施J.世界华商经济年鉴科技财经,2012,19(03):42-43.15吴光玲,WU,Guang-Ling.浅析露天矿山边坡稳定性影响因素J.世界有色金属,2017(24):2.16孙春林.研究露天矿山边坡稳定性影响因素及分析方法J.中国科技期刊数据库工业A,2021(2):2.17董建华.露天开采边坡稳定性分析方法及灾害防治措施研究J.建筑工程技术与设计,2017(01):904.18栾婷婷,谢振华,张雪冬.露天矿山高陡边坡稳定性分析及滑坡预警技术J.中国安全生产科学技术,2013,9(4):6.【作者简介】王思文（1989-），男，汉族，江苏徐州人，工程师，研究方向：地质勘查、露天边坡治理、矿山开采管理。