露天開採時,為使採掘作業正常進行,采場邊坡巖體應具有一定穩定性。當工作臺階採掘到最終境界時,便形成最終邊坡。邊坡的假想斜面與水平面的夾角稱最終邊坡角。

  合理邊坡角 邊坡角過陡時,穩定性差,易滑坡,危及人員和設備的安全,導致停產或閉坑;過緩則增加剝離量,降低採礦經濟效益。隨邊坡角增加,邊坡維護費用增大,而剝離費用減少。兩項費用之和為最小值時,相應的邊坡角便為初步確定的合理角。。

  在露天礦,一兩個臺階局部的偶爾失穩,在所難免,也不難治理。但最終邊坡的整體滑動,將導致災難,應極力避免。

  邊坡失穩類型 主要有四種:①剝落,坡面巖石因風化、爆破震動等作用形成碎塊,順坡面滾落,堆積在臺階坡底,此現象雖屬不可避免,但采用控制爆破並及時清理,可無礙生產。②滑動,邊坡巖體沿結構面滑動,規模可達千百萬米3,通常稱滑坡。③崩塌,結構面切割的硬巖塊,高速度滾動墜落,有如自然山崩。④傾倒,結構面陡立的巖柱體轉動及傾倒。此外尚可遇到邊坡流動現象,即飽水的土巖塊或流砂沿極緩(4°~6°)基底流動,有如泥石流。露天煤礦滑坡多沿沉積巖中的軟弱夾層(如碳質頁巖、粘土頁巖、薄煤層等)發生,而金屬礦滑坡主要由不利的地質構造決定。滑坡多發生在雨季及春季解凍時期,水是滑坡的直接誘因。

  影響邊坡因素 包括:露天礦邊坡巖層力學性質的差別懸殊,地質構造的復合交錯,地下水位的波動,殘餘構造應力的存在,采場內的爆破震動,采場幾何形狀的變化,開挖年限的不同以及雨水和結冰解凍因素的影響等。有些因素的影響,短期內難於準確估計,有些因素則尚難進行定量分析。

  穩定性計算 目前多用於分析滑動類型。按滑面形態大體有四種模式(圖1):①平面滑動;②圓弧滑動;③任意曲面滑動;④楔體滑動。目前仍沿用泰察吉(K.Terzaghi)、泰勒(D.W.Taylor)、費萊紐斯(W.Fellenius) 等人的剪切破壞原理進行計算。邊坡的穩定性用穩定系數,即滑面上抗滑力與滑動力之比表示,有時也用巖體的抗剪強度與剪應力之比表示。穩定系數大於1時,為穩定坡度。近年來更多地考慮地質不連續面對邊坡不穩定性的影響,赤平極射投影法在邊坡計算中得到廣泛應用。有限元法,以及數理統計法也開始應用。

圖1 邊坡滑動模式

  合理邊坡角還與礦床開拓、采掘運輸設備選型及生產管理水平有關,目前設計仍多選用經驗數據。用鐵道運輸時,露天煤礦底幫坡角一般不超過30°,頂幫取30°~40°,端幫可稍陡。金屬露天礦頂底幫取40°~50°。礦床緩斜或有不利結構時,相應降低。近年來,由於采用組合臺階分期開采等方法及滑坡監測系統,坡角可達55°~60°以上。

  滑坡監測及預報 借監測位移,可發現滑坡預兆,位移時間的變化曲線見圖2。理論上位移增率接近無限大時,即為滑坡預計發生的時間。用水壓計觀測地下水的活動,用測震儀觀測爆破震動影響,可獲得邊坡動態全貌。在嚴密的監測系統下,露天礦可以進行強采,獲得顯著經濟效益。

  滑坡防治 首要措施是對水的疏導,其次對邊坡局部地段進行機械加固,如設置錨桿、錨固樁、擋墻等。工程須在邊坡達到臨界穩定狀態之前進行。一旦滑坡已經開始,施工難度和危險程度增加,工程效果也差。

  

參考書目

 E.Hoek &J.W.Bray,Rock Slope Engineering,Institution of Mining &Metallurgy,London,1977.