摘 要：貴州貞豐縣錦豐金礦為亞洲第四大金礦，已經(jīng)開采多年，近期進(jìn)入殘采階段，開始回采邊界礦柱，但邊界礦柱距離地表較近，在回采邊界礦柱時(shí)，由于炮振影響，容易引起邊坡的垮塌。通過分析邊坡受力分析，建立邊坡穩(wěn)定性方程，并代入炮振計(jì)算系數(shù)，計(jì)算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)F。同時(shí)求出邊坡最不穩(wěn)定角θ，為以后的邊坡計(jì)算提供一個(gè)算例。

關(guān)鍵詞：錦豐金礦 炮振影響 邊坡穩(wěn)定 計(jì)算系數(shù)

中圖分類號(hào)：U23

Influences of Blasting Vibration on Slope Stability in the Jinfeng Gold Mine

ZHANG Changjiang

Guizhou Starry Sky Design Co.， Ltd.， Guiyang， Guizhou Province， 550002 China

Abstract： The Jinfeng Gold Mine in Zhenfeng County， Guizhou Province is the fourth largest gold mine in Asia， which has been mined for many years， and recently， it has entered the residual mining stage and started to mine boundary pillars. However， the boundary pillars are close to the surface， and when mining them， it is easy to cause slope collapse due to blasting vibration. This article analyzes the force of the slope， establishes an equation of slope stability， and calculates the coefficient F of slope stability by substituting the calculation coefficient of blasting vibration into the equation. At the same time， it calculates the most unstable angle θ of the slope， which provides a calculation example for future slope calculations.

Key Words： Jinfeng Gold Mine; Impact of blasting vibration; Slope stability; Calculation coefficient

1 項(xiàng)目介紹

錦豐金礦為露天與地下開采的礦山，為了充分回收資源，貴州錦豐礦業(yè)有限公司按照《貴州錦豐礦業(yè)有限公司錦豐金礦露天與地下隔離礦柱開采設(shè)計(jì)》對(duì)炮振對(duì)錦豐金礦邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。最后得出具體結(jié)論。

1.1 礦巖物理力學(xué)性質(zhì)

組成礦體及圍巖的主要巖石為砂巖、黏土巖，根據(jù)地質(zhì)資料提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，礦巖的物理力學(xué)指標(biāo)歸納見表1。

1.2 露天邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

磺廠溝礦段主要由砂巖夾黏土巖半堅(jiān)硬～軟弱巖組組成；砂巖薄至中厚層，半堅(jiān)硬，抗風(fēng)化性強(qiáng)，但因受構(gòu)造強(qiáng)烈擠壓作用，完整性受到破壞，強(qiáng)度降低。黏土巖質(zhì)軟易風(fēng)化，在強(qiáng)烈構(gòu)造作用下，強(qiáng)度更低，穩(wěn)定性差，是影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素[1]。礦區(qū)自然邊坡角一般為21°～35°，而且表層普遍發(fā)育風(fēng)化帶與殘坡積物等不良工程地質(zhì)巖土，但都未見不良自然地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生。露天邊坡主要由邊陽(yáng)組砂巖夾黏土巖半堅(jiān)硬～軟弱巖組構(gòu)成，影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素為黏土巖軟弱夾層及斷層破碎帶，特別是順坡向的軟弱夾層，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。露天境界南坡巖層傾向北東，傾角一般為40°～60°，為順向坡，若坡體內(nèi)存在順坡向軟弱夾層面的話，有可能發(fā)生平面或折線形破壞。露天境界北坡，巖層傾向北東，傾角一般為50°～70°，為逆向坡，較穩(wěn)定；但在4線以東巖層均傾向南西，傾角一般為40°～70°，為順向坡，有可能發(fā)生局部區(qū)域內(nèi)平面或折線形破壞[2]。

2 單邊坡的穩(wěn)定性分析

假定邊坡滑面為直線，已知為邊坡滑面傾角，為臺(tái)階邊坡坡角，為滑面長(zhǎng)度，為臺(tái)階坡高，為巖體重度，為黏聚力，為內(nèi)摩擦角。

根據(jù)邊坡穩(wěn)定系數(shù)的定義和力的平衡條件，考慮爆破影響下邊坡的穩(wěn)定系數(shù)

式（1）中：為爆破等效靜力；，令，定義為炮振計(jì)算系數(shù)[3]。

根據(jù)三角形正弦定理求得滑體重量：

將式（2）代入式（１），得

為方便計(jì)算，令，化簡(jiǎn)上面的公式，得

對(duì)公式（5）進(jìn)行求導(dǎo)，并使其導(dǎo)數(shù)等于0，

簡(jiǎn)化得

根據(jù)錦豐金礦露天開采初步設(shè)計(jì)，一個(gè)階段高度20 m，臺(tái)階邊坡角，平臺(tái)寬度取單車通過寬度α=14 m，則

因此，單臺(tái)階時(shí)邊坡穩(wěn)定性表現(xiàn)出非常穩(wěn)定[4]。

2.1 二階邊坡的穩(wěn)定性分析

當(dāng)平臺(tái)為二階時(shí)，已知為臺(tái)階平面寬度，分別為兩階邊坡的坡高，分別為兩階邊坡的坡角。根據(jù)幾何關(guān)系可以得到的重量：

四邊形BDEF 的重量

為求解方便，令

得

則滑體重量為的重量減去四邊形BDEF的重量，令，即

對(duì)上式求導(dǎo)，并令上式導(dǎo)數(shù)等于0，則方程解為：

式中

因此，單臺(tái)階時(shí)邊坡的穩(wěn)定性非常穩(wěn)定。

2.2 多階邊坡的穩(wěn)定性分析

當(dāng)平臺(tái)為三階或多階時(shí)，公式（1）、式（2）和公式（6）對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，求解出的二階邊坡最不利滑面的水平投影距離的解析解和單階邊坡的解析解相比，只是換成了。對(duì)于露天礦山，臺(tái)階邊坡的平臺(tái)寬度，臺(tái)階邊坡角，臺(tái)階高度。

所以對(duì)二階邊坡而言，易得

易得，滑體重量為的重量減去四邊形DEFJ 和四邊形JHIB的重量 ，即

公式（1）（3）聯(lián)立公式（9），可解得

可得，滑體重量為的重量減去陰影部分的重量，即：

同樣聯(lián)立公式（9），可解得

同理可以推出，當(dāng)臺(tái)階邊坡有階時(shí)，的值為

在求解時(shí)，將值代入公式（10）中，便可求解出多階邊坡最不利滑面的水平投影距離，然后求解出最不利滑面的傾角和最不利滑面的穩(wěn)定系數(shù)[5]。

根據(jù)錦豐金礦露天開采初步設(shè)計(jì)，一個(gè)階段高度20 m，研究人員取5個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算h=100 m，，臺(tái)階邊坡角，平臺(tái)寬度取單車通過寬度α=14 m，則

根據(jù)錦豐金礦地勘報(bào)告，金礦底部為石英巖和泥質(zhì)砂巖，研究人員取比較弱的泥質(zhì)砂巖進(jìn)行計(jì)算，泥質(zhì)砂巖粘聚力為3.69 MPa，摩擦角為29°，爆破計(jì)算系數(shù)按照經(jīng)驗(yàn)取0.012，

，代入公式（12）得

X=113.7+2.27+132.3=247.97 m

最不利滑面的傾角

將以上兩式代入（11）得

F=14.996?1

因此本邊坡為安全邊坡，在受到炮振以后不會(huì)發(fā)生垮塌。

當(dāng)n=10時(shí)，

X=93.2+249=342.2

3 結(jié)語(yǔ)

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)錦豐金礦邊坡穩(wěn)定性系數(shù)隨著邊坡臺(tái)階的增加逐漸變小，但都是大于1的，說明整個(gè)邊坡在炮振作用下是安全的；但隨著開采深度加深，邊坡巖石內(nèi)聚力和摩擦角有所變化，容易造成松動(dòng)，引起滑坡，所以邊坡仍需及時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生位移，應(yīng)及時(shí)處理。

參考文獻(xiàn)

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