大型露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析

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2024-11-04 15:36:02

01 項(xiàng)目簡介

本礦山位于安徽省寧國市，為水泥廠配套礦山，年產(chǎn)符合水泥生產(chǎn)需要的石灰石礦650萬t，水泥配料用砂巖60萬t/a，合計(jì)年開采規(guī)模為710萬t。依據(jù)提供的資料，設(shè)計(jì)采場終了邊坡角和邊坡高度見表1。

1.1 砂巖礦區(qū)

設(shè)計(jì)最終邊坡最大高度24m，最低處無邊坡。南東邊坡邊坡走向20°，為直交坡，最終邊坡高度24m;南西邊坡邊坡走向116°~132°，為順向坡，最終邊坡高度10m;北西邊坡走向199°，為直交坡，最終邊坡高度16m;北東向邊坡走向79°~137°，為逆向坡，最終邊坡高度24m，石頭山組成邊坡巖石為風(fēng)化的志留系砂巖，屬穩(wěn)定邊坡。

1.2 石灰?guī)r礦區(qū)

本礦區(qū)為已分成三個(gè)平臺兩級邊坡。由南東向北西分別為+92m、+104m、+116m平臺。+92平臺邊坡為斜交邊坡;+104m平臺邊坡走向大致為47。，邊坡角35°~50°，為斜交坡。設(shè)計(jì)采場最終邊坡最高為37m，最低處無邊坡。其中北西、北東側(cè)無邊坡;南東側(cè)邊坡走向17°~42°，為斜交-直交坡，最終邊坡高度36m;南西側(cè)邊坡走向135°~155°，為順向坡，地層傾角小于邊坡角，最終邊坡高度19m，組成邊坡巖石為南陵湖組灰?guī)r，巖石較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬，風(fēng)化程度低，屬基本穩(wěn)定邊坡。

02 邊坡工程安全等級

根據(jù)邊坡危害程度和邊坡高度兩個(gè)條件，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級，結(jié)合寧國水泥廠海螺山礦區(qū)水泥用灰?guī)r、砂巖礦開采終了采場邊坡的狀況，其邊坡如若發(fā)生破壞，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)，極有可能對運(yùn)輸車輛及人員、采場設(shè)備及工人造成重大傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，預(yù)計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失大于100萬元，得出采場邊坡危害等級定為Ⅰ級。

經(jīng)計(jì)算，開采終了邊坡高度最大45m(H≤100)，其位于礦區(qū)采場東南側(cè)，采場邊坡工程安全等級為Ⅱ級。

03 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)是衡量邊坡穩(wěn)定性的最終定量指標(biāo)，最小設(shè)計(jì)安全系數(shù)的確定對整個(gè)邊坡工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性尤為重要。

本次分析采用極限平衡法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，碎裂巖體邊坡，當(dāng)破壞模式為圓弧形破壞時(shí)，宜采用簡化Bishop法和Morgenstern-price法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。根據(jù)邊坡特點(diǎn)及破壞模式，本次評價(jià)選用極限平衡分析法中簡化Bishop法計(jì)算。簡化Bishop法其計(jì)算公式為：

由于開采終了邊坡高度最大高差45m，位于采場東南側(cè)，本次在礦山采場選取了A-A′剖面邊坡進(jìn)行計(jì)算，采用數(shù)值模擬確定其破壞模式，并結(jié)合極限平衡法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)。

結(jié)合規(guī)范要求，考慮不同的荷載組合工況，計(jì)算得出其邊坡安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見圖1。邊坡穩(wěn)定性分析最小安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

從分析結(jié)果看，礦山總體邊坡穩(wěn)定性情況較好，但由于礦體的力學(xué)參數(shù)采用類比法確定的，其結(jié)果有一定的不確定性。

04 邊坡監(jiān)測

根據(jù)《金屬非金屬露天礦山高陡邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求露天礦山采場應(yīng)結(jié)合邊坡分區(qū)的安全監(jiān)測等級要求(表3)：本礦山安全監(jiān)測等級為三級，本次設(shè)計(jì)監(jiān)測內(nèi)容主要有：邊坡表面位移監(jiān)測、降雨量監(jiān)測。

邊坡表面位移監(jiān)測：設(shè)計(jì)采用高精度全站儀自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)對高邊坡進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)同期高精度觀測。降雨量監(jiān)測：采用翻斗式雨量計(jì)對降雨信息進(jìn)行監(jiān)測。

(1)邊坡表面位移監(jiān)測。

監(jiān)測點(diǎn)布置。邊坡每30m高差布設(shè)一排監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)的距離：邊坡長度小于300m時(shí)，宜取20~100m，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，邊坡面上共設(shè)置監(jiān)測棱鏡點(diǎn)位20個(gè)，在邊坡面以外堅(jiān)固的山體設(shè)置1臺智能全站儀對監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測，在坡面外堅(jiān)固山體上每臺全站儀設(shè)置2個(gè)監(jiān)測棱鏡后視點(diǎn)。

②監(jiān)測誤差要求。邊坡地表水平位移監(jiān)測精度要求：監(jiān)測等級為三等，相鄰點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±3mm：地表垂直位移監(jiān)測精度要求：監(jiān)測等級為四等，相鄰點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±1mm。

③監(jiān)測頻率。監(jiān)測網(wǎng)和監(jiān)測點(diǎn)的初次觀測應(yīng)在埋設(shè)標(biāo)石10-15d后進(jìn)行。邊坡變形監(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)邊坡位移速率和季節(jié)來確定。新布設(shè)點(diǎn)一周內(nèi)每天應(yīng)觀測1次;位移趨于穩(wěn)定后每月應(yīng)觀測1?2 次，雨季適當(dāng)增加觀測次數(shù)，暴雨前后增加觀測密度。在邊坡位移劇烈時(shí)，每小時(shí)觀測不應(yīng)少于2次。監(jiān)測網(wǎng)的觀測應(yīng)定期進(jìn)行，建網(wǎng)的初期宜每個(gè)月觀測1次，一年后可每3個(gè)月觀測1次。有異常情況時(shí)應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行觀測。監(jiān)測期間，個(gè)別監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)被破壞時(shí)，應(yīng)補(bǔ)救恢復(fù)并應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測結(jié)果的校核。

(2)降雨量監(jiān)測。根據(jù)本礦山露天邊坡面積，本次設(shè)計(jì)共布置2個(gè)降雨量監(jiān)測點(diǎn)。

(3)監(jiān)測點(diǎn)布置匯總。該礦山設(shè)計(jì)最終邊坡最大高度約45m，最終邊坡角介于40?55°之間，其中礦區(qū)南側(cè)邊坡最長，總長度約1000m。本次設(shè)計(jì)邊坡監(jiān)測點(diǎn)布置匯總，見表4。

05 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析及計(jì)算，本礦山邊坡為穩(wěn)定邊坡，但考慮到生產(chǎn)開采過程中爆破震動(dòng)及雨水的影響，應(yīng)進(jìn)行邊坡表面位移監(jiān)測、降雨量監(jiān)測。在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)予以高度重視，建立邊坡監(jiān)測站，制定邊坡管理制度，嚴(yán)格執(zhí)行邊坡到界靠幫操作規(guī)程。建立有效的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，以確保礦區(qū)生產(chǎn)期的邊坡安全。

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