池州某矿山边坡稳定性特征及监测方案建议论文

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　　摘要：简述了矿山的基本概况、边坡稳定性的分析方法，对矿山边坡进行了稳定性计算分析，确定了边坡稳定性及边坡安全等级，提出了监测建议。

　　关键词：边坡稳定性；边坡安全等级；监测建议

　　采场边坡稳定性分析是矿山采场边坡稳定性专项评价工作的核心。采场边坡的稳定与否不仅关系到采场边坡的安全运行，同时关系到整个矿山能否正常生产。做好采场边坡的稳定性分析工作，有助于预测采场边坡的稳定性状况，从而做到防患于未然，防止灾害的发生。

　　1矿山概况

　　池州市某矿山采场面积2.9hm2，采场开采作业面形成9个台阶，+190m、+199m、+220m、+237m、+247m、+270m、+290m、+300m、+318m，台阶坡面角40°~60°，采场内+270m以上为终了台阶。边坡高度9~20m，台阶坡面角66°~81°，台阶宽度8~12m。

　　2019年6月，受连续强降雨影响，由于坡体顶部残坡积层厚度较大，断层附近五通组砂岩节理裂隙发育，多种因素综合作用，牛栏冲石灰石矿东南侧靠帮边坡发生滑坡。滑坡滑动方向与山体坡向总体上一致，主轴方向南偏西，滑坡体坡面倾角一般为20°~30°，局部为40°，顶部呈圈椅状，分布标高315~334m。滑坡体后缘为陡坎状，后缘壁高度3.0~6.0m，主要呈圈椅状。表面呈起伏状，东高西低，北高南低，局部可见裂缝，裂隙可见深度0.3m~0.5m，裂缝宽0.1~0.2m，裂缝表现为追踪主滑面趋势，为牵引式滑坡。牛栏冲石灰石矿东南侧靠帮边坡整体滑坡体为“舌”状，其后缘线位于东北侧坡体顶部排水沟处，地面标高约334m；前缘线大体在+270m平台处，地面标高约262m；北侧以陡坎后缘线为界，东南侧大体以原排水沟为界；第四系粘土、五通组全风化砂岩产生滑坡。滑坡体，主轴向265°，长约150m，底宽约130m，上口宽约30m，厚度约5~12m，北侧陡坎2~4m，后缘平台宽1~3m，滑坡体面积1.52hm2，滑坡体规模约1.5万m3，为小型滑坡。

　　滑坡体主要破坏了+290m、+300m、+318m以上平台，并对+237m、+250m、+270m、+290m平台造成了压覆。经勘查设计施工治理后，共将治理区+250平台以上边坡划分为2~6级边坡，各级平台标高分别为+265m、+280m、+295m、+310m、+325m。

　　2采场边坡稳定性分析

　　采场边坡稳定性分析是矿山采场边坡稳定性专项评价工作的核心。采场边坡的稳定与否不仅关系到采场边坡的安全运行，同时关系到整个矿山能否正常生产。做好采场边坡的稳定性分析工作，有助于预测采场边坡的稳定性状况，从而做到防患于未然，防止灾害的发生。

　　3边坡稳定性影响因素

　　采场边坡稳定性取决于多种因素，采场边坡主要取决于边坡岩石的性质、岩体结构及地质构造、边坡参数、水的浸蚀及爆破和震动。

　　4采场边坡物理力学性质及其工程地质条件分析

　　4.1工程地质岩组划分及特性

　　(1)松软松散岩组(Ⅰ)：由第四系全新统(Q4edl)残坡积的灰褐、灰黄色粘土、砂质粘土、粉细砂及砂砾层等组成，厚度一般3~15m，主要分布在山前坡脚缓坡地带。松散~中密状态，工程地质性质一般。对未来露采边坡影响较小。

　　(2)碳酸盐岩岩组(Ⅱ)：由二叠系下统栖霞组上段(P1q2)薄至厚层状含燧石灰岩及下段(P1q1)中厚至厚层状沥青质灰岩及石炭系上统船山组(C3c)微晶灰岩、核形灰岩，中统黄龙组上段(C2h2)生物碎屑微晶灰岩、下段(C2h1)白云岩等组成，总厚度244~320m，分布于矿区中部，矿体即由石炭系上统船山组与黄龙组上段石灰岩岩组组成。该层较致密坚硬，微晶结构，中厚层块状构造，岩溶较发育，裂隙多为碳酸盐脉充填。根据区域水文地质普查资料及采样分析，岩石单轴饱和抗压强度为58.4MPa~78.1MPa，抗剪强度为7.34MPa~7.96MPa；岩石质量指标RQD值平均86.28%，岩体质量指标M=1.68~2.25，岩石质量等级为Ⅱ级，岩体质量等级属Ⅱ类，岩体结构类型属层状结构。该岩组局部组成本矿床未来露采边坡。

　　(3)碎屑岩岩组(Ⅲ)：由二叠系下统孤峰组(P1g)硅质岩、硅质页岩，泥盆系上统五通组(D3W)石英砂岩、泥质粉砂岩，志留系上统茅山组(S3m)岩屑石英细砂岩与泥质粉砂岩、粉砂质页岩，总厚度416m，分布于矿区外围大部。该层较致密坚硬，中厚层块状构造，在受构造影响地段，裂隙较发育，根据区域水文地质普查资料，岩石单轴

　　饱和抗压强度为45MPa~97MPa，岩石岩体质量等级为Ⅱ级Ⅲ类，岩体结构类型属层状结构。

　　(4)岩浆岩岩组(Ⅳ)：由石英闪长玢岩(Qδμ53-3)等组成，分布于矿区中北部，其浅部一般分布有厚1~3m的风化带，该岩组节理裂隙发育，但均为闭合型，该层致密坚硬，块状构造，岩石岩体质量等级为Ⅱ级Ⅱ类，岩体结构类型属块状结构。

　　4.2结构面对工程地质条件的影响

　　矿区内结构面按性质、规模可分为为断层、节理裂隙、层理，现分述如下：

　　(1)断层(Ⅲ级结构面)：矿区内断裂构造较发育，主要为褶皱形成时受应力作用影响的结果，其性质为张扭性及压扭性，延伸长度在1.0km，倾角一般在57°以上，破碎带宽小于1.0m，硅化较强，发育角砾岩，破碎带及其影响带内岩石破碎，多呈碎裂状。

　　(2)节理裂隙(Ⅳ组结构面)：因受构造的影响，矿区内节理裂隙较发育，但矿区内节理裂隙大都为碳酸盐脉充填胶结，节理裂隙存在降低了岩体的强度，另外溶蚀作用多沿充填的碳酸盐脉发育，破坏了岩体的完整性。

　　(3)层理面(Ⅳ级结构面)：本矿层及构成未来露采边坡的岩层为沉积岩类，中厚层状构造，层理较发育，层理面倾角在48°~54°之间，层间胶结紧密，未见较弱夹层，岩体的完整性较好。但浅部岩溶多沿层理面发育，岩溶发育破坏了岩体的完整性，影响露采边坡的稳定性。

　　根据该矿山特点，参照相似矿山岩石力学资料：岩石容重平均为2.70g/cm3,RQD值为47.5%~66.2%，岩石较坚硬，其饱和单轴抗压强度标准值frk为44.2MPa，属较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级分类为Ⅲ级。

　　5采场边坡破坏模式

　　采场边坡的稳定性取决于边坡设置的参数、水体的浸蚀、节理裂隙及地质构造、掏采及顺层开采等，其破坏方式主要表现形式又可分为：崩塌、滑坡、错落和坍塌。5.1崩塌

　　斜坡岩体被结构面分割的块体突然脱离母体的现象，其主要是由岩体存在的节理裂隙及地质构造及水体的浸蚀导致的。

　　5.2滑坡

　　岩土以一定的加速度沿一滑动面发生剪切滑动现象，造成边坡失稳,其主要是由边坡过高过陡、水体的浸蚀、岩体的节理裂隙、地质构造及顺层开采(开拓)等引起的。

　　5.3错落

　　陡崖、陡坡、陡坎沿近似垂直的破裂面整体下移，造成边坡破坏，主要是由于台阶内存在软弱岩体造成的。

　　5.4坍塌

　　边坡体一定范围内的岩土受水的浸蚀使其强度降低，从而使边坡坍塌变形，其主要原因是边坡防排水系统不完善造成边坡受浸蚀造成的。

　　6边坡稳定性定量分析

　　6.1边坡工程安全等级

　　根据《非煤露天矿山边坡工程技术规范》(GB51016-2014)规定，露天矿边坡工程安全等级，根据边坡危害程度和边坡高度两个条件，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级。

　　结合该采场+175m水平以上靠帮边坡的状况，其边坡如若发生破坏，严重影响生产，预计直接经济损失大于100万元，且有可能造成人员伤亡。得出该采场+175m水平以上边坡危害等级定为Ⅰ级。经计算，采场+175m水平以上靠帮边坡高度高差约185m(100＜H≤300)，判定目前采场+175m水平以上边坡工程安全等级为Ⅰ级。

　　6.2边坡允许安全系数确定

　　边坡安全系数是衡量边坡稳定性的最终定量指标，它与边坡稳定性评价工作内容的原理、方法、代表性以及各项定量参数的取用、边坡高陡程度和服务年限、工程重要等级相关。因此，最小安全系数的确定对整个边坡工程的经济性和安全性尤为重要。

　　根据《非煤露天矿山边坡工程技术规范》(GB51016-2014)中边坡安全系数的规定，安全等级为Ⅰ级时，边坡工程设计安全系数在自重+地下水、自重+暴雨+爆破震动力、自重+地下水+地震力等三种工况下，分别为1.25~1.20、1.23~1.18、1.20~1.15。

　　由于地震作用力远大于矿山爆破震动作用力，因此本次选取了两种组合荷载对边坡稳定性进行研究分析，分别为：组合荷载Ⅰ(自重+地下水)和组合荷载Ⅲ(自重+地下水+地震力)。

　　7矿山安全管理措施

　　(1)企业主要负责人是矿山采场边坡安全管理第一责任人，主要负责人应设立相应的安全管理机构，进一步按规定配足安全管理人员和相关特种作业人员，定期进行培复训工作，并负责实施矿山采场边坡安全管理，配备与实际工作相适应的专业技术人员或有实际工作能力的人员负责矿山采场边坡的安全管理工作。

　　(2)建立健全安全生产各项管理制度、安全生产责任制、各工种岗位操作规程。

　　(3)制定生产安全事故应急预案并组织演练；编制安全措施经费计划，按规定比例足额提取安全措施经费，确保安全经费专户存储，专提专用。

　　(4)必须严格按照设计要求和有关技术规范，做好矿山采场边坡安全检查和监测工作。

　　(5)未经技术论证和相关部门的批准，任何单位和个人不得随意变更矿山设计或设计确定的有关参数，严格按设计要求的参数和顺序进行开采。

　　(6)采场及其滚石区应设置醒目的安全警示标志。

　　(7)加强现场安全管理，严格禁止违章作业。

　　(8)加强安全教育和培训，提高职工安全生产意识和处理问题的能力，保障安全生产。

　　(9)加强设备管理，使生产设备始终保持完好状态。

　　(10)加强矿山采场边坡技术管理工作，生产过程中应及时测绘、填图，做到图纸与实际相符，以发挥其指导安全生产的作用。

　　8边坡稳定性监测建议

　　矿山边坡高度中高边坡H取值2；边坡总边坡角小于30°，坡度指数A取3；根据勘查设计报告工程地质和水文地质为复杂类型，通过计算G取值为1；经过计算边坡安全等级变形指数D为6。现状边坡的安全系数1.2，滑坡风险等级S为2。综上就高不就低的原则，同时根据矿山的边坡稳定性评估报告边坡的安全监测等级为二级。

　　监测要求：露天矿山采场应结合边坡分区的安全监测等级要求，对边坡变形、采动应力、爆破震动、水文气象和场内视频进行监测。

　　安全监测等级为一、二、三级的采场边坡应设立采场边坡表面位移监测；安全监测等级为一级和二级的采场边坡应对最终边坡表面位移进行在线监测；安全监测等级为一级的采场边坡应在最终边坡设置内部位移在线监测；当采场边坡出现长度超过5m、宽度大于1cm且深度大于2m的贯通性裂缝时，应对边坡裂缝实施监测。安全监测等级为一级的采场边坡和二级且工程地质条件复杂的采场边坡，应对采场边坡进行采动应力监测。安全监测等级为一级和二级的采场边坡应进行爆破震动监测。

　　安全监测等级为一级的采场边坡和二级且水文地质条件中等及复杂的采场边坡，应对最终边坡进行渗流压力监测，其中水文地质条件为复杂的应进行渗流压力在线监测；安全监测等级为一级和二级的采场边坡、三级且水文地质条件复杂的采场边坡，应进行地下水位监测。安全监测等级为一、二、三级的采场边坡应对采场边坡进行降雨量监测和视频监控。

　　剖面布设宜优先考虑“十”字型，即一条纵剖面和一条横剖面。在此基础上，可根据监测需求扩展为“卄”字型、“卅”字型、“＃”字型或“丰”字型或放射状等型式。针对小型的滑坡、崩塌可以简化。本次采用“卅”字型。

　　矿区监测点传感器系统总体设计：

　　矿山监测点传感器系统的设计是按照现状进行设计的。按监测项目参数的性质划分，矿区监测点传感器系统主要有以下几个部分：

　　(1)矿区地表变形位移设计：采用实时获取监测点高精度三维坐标的GNSS位移在线监测系统；设备采用北斗云GNSS位移监测一体机。

　　(2)矿区内部变形测量设计：采用北斗云智能测斜绳。

　　(3)矿区水位监测设计：采用北斗云水位计。

　　(4)地震波监测设计：次声计、地声计。

　　(5)视频监控设计。

　　本次共设置11台GNSS自动化监测点位，其中GNNS监测基站分布在山脚下方稳定的预警房顶上，另外10个基站点布设情况为：1号站点分布在+320m平台的中间位置，2号站点分布在+285m平台的中间位置，3号站点分布在+250m平台的中间位置，1、2、3号站点形成纵向a剖面,剖面走向115°。5站点分布在+285m平台的西侧位置，6站点分布在+250m平台的西侧位置，7站点分布在+250m平台的西侧位置。5、6、7号站点形成纵向b剖面。在+285m平台上，由4、2、5号剖面形成横向c剖面。在+250m平台上，由1、6号剖面形成横向d剖面。在+220m平台上，由7、8号剖面形成横向e剖面。排土场设置一条纵向f剖面设置9号、10号监测站点。

　　地下水监测：在1号，2号位移监测点附近分别设置地下水监测点。

　　深部位移监测：与地下水位置一致。

　　爆破震动监测：在220m平台，8号、7号、7号西侧设置三处质点加速度监测站。

　　采动应力监测：布置在a剖面上，具体位置在1号，2号，3号位移监测点附近。

　　雨量监测：在山脚下方稳定的预警房顶上设置压电式雨量监测。

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