露天矿边坡的结构特点及管理

露天矿边坡的结构特点及管理(图文)

2010-11-15 12:02:59

随着我国露天矿山开采技术的飞速发展，露天矿的开采境界不断扩大，深度不断增加，边坡的高度和面积也不断增加，由此造成边坡的不稳定因素增多。再加上一些矿山企业不按照矿山设计规范开采，只顾眼前利益，违反国家《矿产资源法》的规定，乱挖滥采，对边坡管理不善，最终导致边坡发生大面积岩体滑坡或崩落坍塌事故，造成职工伤亡，给国家财产造成重大损失。因此，矿山企业负责人必须加强对边坡的管理，制定切实可行的安全管理措施，确保边坡的稳定。

一、露天矿边坡的结构及特点

露天开采时，通常是把矿岩划成一定厚度的水平层，自上而下逐层开采。这种开采的结果使露天矿场的周边形成阶梯状的台阶，多个台阶组成的斜坡称为露天矿边坡。

(一) 边坡组成要素

露天矿边坡按其在采场所处的位置不同可分为：

①底帮边坡，位于矿体底盘一侧的边坡。②顶帮边坡，位于矿体顶盘一侧的边坡。③端帮边坡，位于矿体两端部的边坡。台阶是露天矿边坡的基本组成部分，其结构要素如图4—20所示。

台阶上部水平面称为台阶上郡平盘(图4—20中的1); 台阶下部水平面称为台阶下部平盘(图4—20中的2); 上、下平盘之间已采掘。暴露部分的倾斜面称为台阶坡面(图4—20中的3); 台阶坡面与下部平盘的夹角称为台阶坡面角(图4—20中的a); 上、下两平盘之间的垂直距离称为台阶高度(图4—20中的h); 上部平盘与台阶坡面的交线称为台阶坡顶线(图4—20的4); 下部平盘与台阶坡面的交线为台阶坡底线(图4—20中的5) 。

露天边坡组成的要素如图4—21所示。

露天矿最终边坡：是指已开采结束到达最终境界而留下的台阶所组成的边坡。(风险世界网-RiskMW.com 专业研究安全风险管理, 安全员的门户网站!)

最终边坡坡面：最终边坡最上部一个台阶的坡顶线和最下部一个非工作台阶的坡底线所做的假想斜面。如图4—21中的AC 与BD 两个斜面。

最终边坡角：是指最终边坡坡面与水平面之间的夹角。如图4—21中的。和β角。

(二) 边坡的结构

一般来说，边坡结构中的基本单元是台阶。不同用途的台阶组合形成了边坡的结构。各台阶参数的组合决定了最终边坡角的大小，而最终边坡角又受到岩体的工程地质条件和开采深度等的限制。

(三) 露天矿边坡的特点

露天矿边坡与其他一些工程边坡如铁路、公路、水库、水坝等形成的边坡相比，具有以下特点：

(1)边坡比较高，从几十米到几百米的均有，走向长从几百米到数公里，因而边坡揭露的岩层多，边坡各部分地质条件差异大，变化复杂。

(2)上部边坡服务年限长，可达几十年，下部边坡则服务年限较短，底部边坡在采矿结束时即可废止。

(3)由于露天矿场每天穿孔、爆破作业和车辆行走，对边坡岩体经常受到震动影响较大。

(4)边坡的稳定性随着开采作业的进展不断发生变化。

二、边坡破坏类型

(一) 边坡岩体破坏类型

边坡破坏的形式主要有：崩落、散落、倾倒坍塌和滑动等。边坡岩体破坏类型按破坏机理可分为四类(如表4—5) 。

1. 平面破坏(表4—5图a)

这种破坏类型是指边坡沿某一主要结构面如层面、节理或断层面发生滑动，其滑动线为直线。

2. 楔体破坏(表4—5图b)

此种类型破坏是在边坡岩体中有两组或两组以上结构面与边坡相交，将岩体相互交切成楔体而发生破坏。

3. 圆弧形破坏(表4—5图c)

边坡岩体在破坏时其滑动面呈弧状下滑破坏。

这种破坏一般发生在土体中。散状结构的破碎岩体或软弱的沉积岩中的边坡也常以此种形态破坏，在破坏前坡顶往往出现明显裂隙。

4. 倾倒破坏(表4—5图d)

当岩体中结构面或层面很陡时，每个单层弱面在重力形成的力矩作用下向自由空间变形而发生的一种破坏形式。

表4-5 露天矿边坡破坏类型表

(二) 边坡岩体的滑动速度

(1)蠕动滑动：其平均滑动速度小于0.01mm/s。

(2)慢速滑动：其平均速度为0.01mm/s一1.0cm/s。

(3)快速滑动：其平均滑动速度为1.0Cm/s—1.0m/s。

(4)高速滑动：其平均滑动速度大于1.0m/s。

(三). 边坡岩体破坏规模分类

露天边坡岩体发生破坏时所产生的后果不但取决于破坏的类型、破坏的速度，还取决于破不的规模即下滑体积的大小和滑动岩体的范围。边坡岩体破坏的规模可划分为以下四种类型：

1，小型滑落

一般指发生在单台阶局部边坡上小块岩体沿一个或多个节理面产生局部的滑落，其滑落的垂直距离往往小于台阶的高度。

2. 中型滑落

是指一个和多个台阶边坡岩体沿结构弱面产生的一定规模的整体滑落，破坏类型多为楔体破坏，破坏的范围限于局部边坡。岩体滑动的体积一般在1万～10万m3。

3. 大型滑落

是指多台阶边坡岩体沿结构面产生的大规模整体滑落。岩体的破坏类型多为平面破坏和圆弧形破坏。其滑动体积一般在10万～100万m3。

4. 巨型滑落

是指露天矿边坡岩体产生大规模破坏，其滑动的范围、体积都很大。一般都在100万m3以上。

三、边坡事故预防措施

治理露天矿边坡必须采取综合性的预防措施。其具体内容是：按照国标的要求明确规定边坡的各项参数和对开采技术条件进行控制，并制定严格的边坡管理制度，才能确保边坡的稳定，避免或减少边坡事故的发生。

(一) 边坡的各项参数规定

1. 台阶高度的要求

台阶高度的确定一般是从三个方面考虑：一是矿岩的埋藏条件和力学性质; 二是穿爆工作的要求; 三是采掘工作的要求。矿岩的力学性质决定台阶的稳定性，合理的台阶高度是边坡稳定的重要因素，因此各类露天矿山必须根据国标的规定，结合本矿的实际情况，在安全规程中对本矿台阶的高度作出明确的规定。

2. 平台宽度的要求

平台按其用途分为工作平台、安全平台、清扫平台、运输平台，各种平台的宽度不同不但影响边坡角度的大小，也影响边坡的稳定性，因此必须作出明确规定，各种平台的最小宽度如表4—6所示。

3. 台阶坡面角

台阶坡面角一般分为工作台阶坡面角和最终台阶坡面角。工作台阶坡面角应符合表4—7规定。

表4—7 工作台阶坡面角的确定

最终边坡角应符合表4—8的规定。

(二) 开采技术条件的控制

1. 控制合理的开采高度

各类矿山必须采取分层开采，使较高的台阶分成多个台阶开采，以降低边坡的相对高度，是保证边坡稳定的重要因素。因此，各类矿山应按照国家标准或部颁标准，制定本矿分层开采的具体规定。

2. 选用合理的开采顺序和推进方向

在开采生产过程中要坚持从上到下的开采顺序，坚持穿下向孔或倾斜炮孔，杜绝在作业台阶底部进行掏底开采，避免边坡形成伞檐状和空洞。一般情况下应选用从上盘向下盘的采剥推进方向，做到有计划、有条理地开采。

3. 贯彻“采剥并举，剥离先行”的方针

虽然剥离废石和表土是一种被动工作，需要耗费较多的人力和物力，但这项工作是为了保证矿山的持续生产能力和正常生产，更重要的是为了矿山的安全生产。

4. 合理进行爆破作业以减少爆破震动对边坡的影响

由于爆破产生的地震可以使岩体的节理张开，促使边坡破坏。因此在爆破作业中必须注意如下事项：

(1)在接近边坡地段尽量不采用大规模的齐发爆破，有条件的可采用微差爆破，并严格控制同时爆破的炸药量。

(2)在采场内尽量不用抛掷爆破，应采用松动爆破。这样既可以使爆堆较为集中，防止飞石伤人，也可减少对边坡的破坏。

(3)分层开采的矿山，在接近边坡地段应推广使用预裂爆破、减震爆破、缓冲爆破等控制爆破技术。

(三) 边坡管理的安全要求

(1)建立健全边坡管理和检查制度，当发现边坡上有裂陷可能滑落或有大块浮石及“伞檐”悬在上部时，必须迅速进行及时处理。处理时要有可靠的安全措施，受到威胁的作业人员和设备要撤到安全地点。

(2)应选派工程技术人员和有经验的工人专门负责边坡上的管理工作，及时清除隐患，在暴雨季节应加强对边坡、采场的检查，发现边坡有塌滑征兆时有权制止采剥作业，撤出人员和设备，并向矿山负责人报告。

(3)边坡有变形和滑动迹象的矿山，必须设立专门观测点，定期观测记录变化情况。

(4)遇有岩层内倾于采场，且边坡角大于岩层倾角; 或有多组节理，裂陷结合的结构面内倾于采场; 或有较大岩体结构弱面切割边坡，构成不稳定的楔形体情况的矿山，必须采取有效的安全措施。

(5)露天矿场应按照由上往下的开采顺序，分成水平台阶正规开采。各作业水平台阶应保持一定的超前距离。严禁从下部分段掏采。采剥工作禁止形成伞檐、空洞等。

(6)爆破完毕后，必须及时从上而下撬掉险石、浮石。未清除前其下方不准生产。禁止在悬崖陡壁的危险处作业。禁止任何人在边坡底部休息和停留。

(7)在开采的生产过程中，根据揭露的边坡岩体情况及时平整和刷帮，改善边坡轮廓形状。目前国内外修整边坡的方法有两种：一是人工修整法，二是采用套索铲清整坡面。如图4—22所示。

(8)人工加固。人工加固是防止露天边坡滑坡的一种有效措施，其加固的主要方法有如下几种：

①设置坡脚护墙：在破碎带的坡脚衬砌岩石或混凝土块，以防止和限制坡脚移动。 ②抗滑桩：作为抗滑措施，桩材有木桩、钢板桩、钢管桩、钢轨桩、混凝土桩、钢筋混凝土管桩等。

③注浆：这种方法用于有开口节理和裂隙的岩层，这种岩层才能灌注水泥砂浆，凝固后胶结岩石增加岩石的强度。