徐 旭 章 林 李家泉

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

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基于Slide的白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角的確定及穩(wěn)定性分析

徐 旭1，2，3章 林1，2，3李家泉1，2，3

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

分析了東介勒格勒鐵礦邊坡穩(wěn)定的主要影響因素，確定上下盤的邊坡角均為45°，利用Slide軟件對(duì)礦區(qū)上下盤邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，選取的邊坡角度適中，邊坡穩(wěn)定性良好。

Slide 邊坡角 邊坡穩(wěn)定性

露天礦邊坡穩(wěn)定性對(duì)礦山開采設(shè)計(jì)和生產(chǎn)十分重要，越來(lái)越受到重視[1-3]，出現(xiàn)了較多的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法，目前多采用極限平衡理論的計(jì)算方法[4]。本研究采用加拿大Rocscience公司開發(fā)的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算軟件Slide，通過(guò)極限平衡法，確定白云鄂博東介勒格勒鐵礦邊坡角，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析[5]。

1 工程概況

東介勒格勒鐵礦位于白云鄂博礦區(qū)，露天采場(chǎng)地表長(zhǎng)1 100 m，寬480 m；采場(chǎng)最低標(biāo)高1 384m，最高標(biāo)高1 648 m，封閉圈標(biāo)高1 600 m。礦體開采模型見圖1。

圖1 東介勒格勒鐵礦露天開采礦體模型

2 露天采礦場(chǎng)邊坡角確定

2.1 影響礦山邊坡穩(wěn)定的主要因素

影響礦山邊坡穩(wěn)定的主要因素有：礦區(qū)地質(zhì)條件、水文條件、地震及爆破震動(dòng)、地應(yīng)力及邊坡幾何形狀等。

2.1.1 邊坡工程地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)鐵礦為白云巖型磁鐵礦和赤鐵礦，頂?shù)装逡园自茙r為主，僅少量礦體底板和礦體頂板部分為淺色板巖。巖體結(jié)構(gòu)以塊狀為主?？箟簭?qiáng)度55.03～105.02 MPa，屬堅(jiān)硬半堅(jiān)硬巖類。

礦區(qū)內(nèi)無(wú)較大的構(gòu)造破碎帶，斷裂多被斷層角礫巖充填，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

強(qiáng)風(fēng)化帶一般發(fā)育在云母巖、接觸破碎帶和部分矽質(zhì)板巖中，巖石強(qiáng)烈風(fēng)化呈碎塊狀，巖體類型呈碎裂結(jié)構(gòu)，發(fā)育深度3～8 m。弱風(fēng)化帶發(fā)育深度117～160.0 m，平均138.5 m，該帶上部裂隙稍發(fā)育，裂面有風(fēng)化痕跡和水銹；下部裂隙很微弱，巖石較完整，巖體仍以塊狀結(jié)構(gòu)為主。

綜上所述，礦床為以堅(jiān)硬半堅(jiān)硬變質(zhì)巖類為主的塊狀巖類礦床，礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類型。

2.1.2 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)降水量較少，多以暴雨形式出現(xiàn)。礦區(qū)處在低山丘陵區(qū)，屬地下水補(bǔ)給區(qū)。

礦區(qū)內(nèi)無(wú)較大斷裂破碎帶，主要斷裂為小規(guī)模的東西向逆斷層和南北向橫斷層，為壓性、壓扭性斷裂，且多被斷層角礫巖充填，不構(gòu)成對(duì)未來(lái)露天采場(chǎng)充水的威脅。

鐵礦體及其頂?shù)装灏自茙r巖體以塊狀結(jié)構(gòu)為主，加之被透水不含水的鄂博層和洪積層所覆蓋，巖石層理和節(jié)理裂隙很不發(fā)育，對(duì)礦床充水影響不大。

礦區(qū)內(nèi)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水，區(qū)內(nèi)無(wú)地表水體和較大的構(gòu)造破碎帶，屬于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床。

2.1.3 地震因素的影響

地震和爆破震動(dòng)對(duì)邊坡都是有影響的。通過(guò)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的敏感性分析得出：當(dāng)邊坡高度小于100 m時(shí)，爆破震動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響大，此時(shí)應(yīng)以爆破影響系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算；當(dāng)邊坡高度在100 m以上時(shí)，地震對(duì)整個(gè)邊坡的影響大，此時(shí)以地震影響系數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。

東介勒格勒鐵礦邊坡最高為239 m，為6度地震烈度設(shè)防區(qū)，在穩(wěn)定性分析計(jì)算中采用靜態(tài)等效力的方法來(lái)參與計(jì)算，作用于滑動(dòng)面以上各條塊重心處的水平地震力可按下式計(jì)算：

(1)

式中，Qi為第i條塊上由自重產(chǎn)生的水平地震力；Cz為綜合影響系數(shù)，取0.25；α為水平地震影響系數(shù)，對(duì)7、8和9度地區(qū)分別應(yīng)取0.1，0.2和0.4，按國(guó)家《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)，值取0.1；Wi為第i條塊的重量。

2.1.4 邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)

巖體是由巖石與結(jié)構(gòu)面組成的地質(zhì)結(jié)構(gòu)體，其性質(zhì)取決于巖石的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)。對(duì)巖體介質(zhì)選取適當(dāng)?shù)膸r體力學(xué)參數(shù)是保證模擬計(jì)算分析結(jié)果可靠的重要條件。由于缺少必要的工程勘察資料，因此邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)白云鄂博主、東礦類似工程選取，以巖體質(zhì)量分類為基礎(chǔ)，對(duì)巖體強(qiáng)度進(jìn)行估算。

根據(jù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料、礦體賦存特征和礦山開采基本要求，設(shè)計(jì)選取的邊坡巖石力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)

2.2 邊坡角的選取

設(shè)計(jì)初步確定露天采場(chǎng)邊坡角上盤、下盤均為45°。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 Slide軟件簡(jiǎn)介

Slide是計(jì)算土、巖質(zhì)二維邊坡穩(wěn)定的程序，計(jì)算邊坡的安全系數(shù)、可能的破壞，分析圓弧與非圓弧的潛在破壞滑動(dòng)面。該軟件采用極限平衡法分析，計(jì)算簡(jiǎn)便且結(jié)果能夠滿足工程需要?？紤]到邊坡潛在滑面的形狀，采用極限平衡法中的簡(jiǎn)化Bishop法、簡(jiǎn)化Janbu法。

3.2 剖面選取

為反映礦山邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，根據(jù)露天開采境界的圈定結(jié)果，選擇垂直于邊坡走向、且過(guò)露天開采境界底部的剖面作為本次分析剖面。

3.3 分析方案

根據(jù)邊坡體的地質(zhì)情況，為反映邊坡體在荷載條件下的穩(wěn)定性狀態(tài)，對(duì)邊坡剖面進(jìn)行自重+地震狀況、自重+地震狀況+降雨2種受力情況分析。

3.4 安全系數(shù)的選取

許用安全系數(shù)的確定是評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，經(jīng)常采用評(píng)價(jià)估計(jì)法、工程類比法和有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)確定。針對(duì)該礦上下盤圍巖情況，按國(guó)家有關(guān)規(guī)范，在參考類似邊坡的穩(wěn)定性情況，確定最小安全系數(shù)[K]=1.35。

若剖面計(jì)算所得的安全系數(shù)：K>[K]時(shí)屬穩(wěn)定；1

3.5 分析結(jié)果

工程地質(zhì)剖面的邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析結(jié)果如表2所示，相應(yīng)的邊坡潛滑面安全系數(shù)見圖2。

表2 邊坡安全系數(shù)

從分析剖面的邊坡潛滑面安全系數(shù)的結(jié)果來(lái)看：剖面的安全系數(shù)大于1.35的許用安全系數(shù)，邊坡是穩(wěn)定的。

4 結(jié) 語(yǔ)

本計(jì)算結(jié)果是參照水利水電科學(xué)研究院編寫的《巖石力學(xué)參數(shù)手冊(cè)》中的提供的相近參數(shù)。由于東介勒格勒邊坡巖性復(fù)雜、節(jié)理發(fā)育等因素，計(jì)算所需的巖體力學(xué)參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，計(jì)算得到的邊坡安全系數(shù)與實(shí)際工程可能存在出入，但對(duì)設(shè)計(jì)中的方案選擇有一定的參考價(jià)值。在生產(chǎn)中可通過(guò)應(yīng)力測(cè)量、位移監(jiān)測(cè)等手段掌握符合礦山的地壓活動(dòng)規(guī)律，不斷的改進(jìn)爆破方法，降低水壓并盡量減少地表水流進(jìn)露天采場(chǎng)，確保露天邊坡穩(wěn)定。

[1] 鄒玉球.采場(chǎng)露天邊坡穩(wěn)定性分析及參數(shù)優(yōu)化[J].中國(guó)礦山工程，2009,38(2):18-22.

[2] 張 衡，劉秋實(shí)，廖信根.露天邊坡控制及支護(hù)[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2011(4):34-36.

[3] 倪 彬，張 偉，劉曉明.基于Slide的露天采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)礦山工程，2013，42(6)：28-31.

[4] 熊贊民，高全臣，Slide在深基坑支護(hù)可靠性分析中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2008,28(2)：39-40.

圖2 各工況條件下南北邊坡模擬結(jié)果

2016-07-12)

徐 旭(1991—)，男，碩士，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。