论文部分内容阅读
露天矿山边坡工程是以岩体为工程材料和工程结构、以采矿作业为施工手段而形成的大型岩体工程。它所面临的工程问题是：根据边坡工程条件和采矿工程的约束，提供发安全可靠、经济效益最大的设计方案；研究边坡岩体在露天开采过程中环境应力场不断改变产生变形和破坏的规律；预测和控制边坡稳定状态，逐步实现生产边坡的现代化管理，以求经营受益最优化。
１．露天矿山边坡工程的主要特点
1.1 由于矿体赋存空间的限制，构成露天矿边坡的岩体、结构、地下水条件、以及原应力状态都是明显的不可选择性。因而，露天矿边坡设计—生产—管理的系统化，只能而且必须通过既定条件和改善可控因素来实现。
1.2 露天矿边坡是经历几十年的开采过程逐步形成的，具有工程构筑和使用同步、工程实践和认识同步的特点。由于露天矿边坡工程条件和评价模型的不确定性，使其在整个服务期间都承担不同程度的风险。为了消除或减少风险，需要跟踪监测边坡的工作状态，实施提供准确反馈信息，促使边坡工程性能在动态变化过程中不断达到完善。
1.3 就形成过程而言，露天矿边坡是采矿工程的伴随工程，依附于采矿作业而存在，它的形态在很大程度上受采矿作业的制约；就运行系统而言，露天矿边坡是采矿系统的一个子系统，它的功能要服务于采矿工艺，又在很大程度上制约采矿生产。边坡与采矿工程整体观是我们处理一切边坡工程问题的出发点。
1.4 随着大型采掘设备的发展，露天开采能力日益增加，最大限度地加大露天采矿场的深度成为当今采矿工程一个总趋势。工程規模越来越大，工程环境越来越复杂，工作条件越来越恶劣。边坡工程所面临的新课题迫使工程设计与工程实施要与之相适应，特别需要加强边坡工程管理，包括投产前的决策和生产过程的控制。
1.5 露天矿是矿山重大的安全性的工程，作为工程，无论是总体设计还是局部工程处理，都必然是一个有约束的多方案对比和优化的问题 ，必须且能够在安全的前提下，寻求经济利益最大化。这种优化具有明显的时间效应，它不同于一期落就的其它结构物，必须克服由于时间的推移、工程条件的变化所造成的安全系数和可靠性的降低，进而依靠科学技术进步和认识能力的发展，不断提高优化水平。
2.影响露天矿山边坡稳定的主要因素
露天矿山边坡问题直接影响到矿山的安全生产，边坡管理不好，将会给矿山作业人员和设备带来极大的危害，更严重危及到社会稳定。露天矿山的开采，打破了边坡岩体内的原岩应力平衡，出现了次生应力场。在次生应力场以及其它因素的影响下，就可能发生塌方和滑坡。
2.1岩石物理力学性质
主要有岩石的硬度、凝聚力和内磨擦角等。
2.2 地质构造
主要是破碎带、断层、节理裂隙和层理面形成的弱面。其主要形式如下。
2.2.1单层断面形成的弱面：如果断层走向与边坡走向之间的夹角小于25度，并且倾向相同，则可能引起边坡整体顺大断层面滑落。
2.2.2几条相交断层形成的弱面：如果几条断层相交把岩层切割成三角体或梯形，局部边坡可能成三角体滑落。
2.2.3层理（顺层面）形成的弱面；当露天矿场阶段坡面角等于或大于岩层倾角时，则会产生阶段坡面上岩石顺层理面滑落或坍塌。
2.2.4节理裂隙所形成的弱面，单组节理裂隙可能对上盘、下盘或端帮边坡坡面产生沿裂隙面局部塌方；多组节理裂隙可能使上盘，下盘或端帮边坡的局部呈几何体成块滑落。节理裂隙发育的露天矿场的边坡易产生浮石，险石。
2.2.5极不稳定的软岩夹层形成的弱面：这种夹层如分布范围很大，可能会引起边坡沿弱面大面积滑落。
3.露天矿山边坡管理措施和安全要求
露天矿滑坡、坍塌所带来的危害是相当严重的，因此国内外都很重视防止边坡破坏及治理有隐患的边坡，其目的就在于确保人员及设备安全，提高经济效益。露天矿边坡的治理方法很多，根据各矿的条件不同防治措施也不尽相同。下面介绍几种常用防治措施和安全要求。
3.1开采技术条件的控制
3.1.1 控制合理的开采高度。对于露天矿场和采石场，有条件的均应采用分层开采，使较高的采场分成几个台阶开采，以降低边坡的相对高度。对暂不能分层的矿场 也应采取措施，控制边坡稳定。一般情况下不分台阶边坡面垂直高度超过20米时，观察和维护边 坡的稳定就较为困难。因此规定矿山工作面垂直高度超过20米时，该采矿场必须实行分层开采。
3.1.2选用合理的开采程序和推进方向。在生产过程中要坚持从上到下的开采程序，坚持打下向炮孔和倾斜炮孔，杜绝在边坡底部开挖即掏底开采和打腰炮。一般情况下应选用从上盘向下盘推进，做到有计划，有条理一开采。
3.1.3 贯彻“采剥并举，剥离先行”的方针。虽然剥离废石和表土是一种被动工作，但这项工作是为了保证矿山的持续生产能力和正常生产，更是为了矿山的安全生产。
3.1.4 合理进行爆破作业，以减少爆破震动对边坡的影响。由于爆破产生的地震可以使岩体的节理张开，促使边坡破坏。因此在爆破作业中应注意：(1)尽量不采用大规摸的齐发爆破，有条件的可以采用微差爆破。(2)严格控制一次起爆的炸药量，减少对附近边坡震动的影响。(3)在采场内尽量不用抛掷爆破，应采用松动爆破，这样既可使爆堆比较集中，防止飞石伤人，也可减少对边破的破坏。(4)分层开采的矿山，在接近边坡地段应推广使用裂隙爆破，缓冲爆破，光面爆破等控制爆破技术。
3.2 搞清地质构造，合理确定边坡形式和角度
对于一个矿山来说，有条件的应对开采范围内的断层，破碎程度，节理裂隙和层理地质构造先搞清楚，因在地质勘查中没有发现的构造也应在生产过程中逐步积累资料，总结规律，以确定合理的边坡形式和控制边坡角，避开或减少结构面对边坡的影响破坏。
3.2.1岩石弱面走向、倾向与倾角均与边坡的坡面相同，此时的边坡处于临界状态，它可能发生塌落，也可能稳定，但是在开采中，如果上下采挖一致，而较多地掏采边坡的中部和下部时就会使边坡塌落。
3.2.2岩石弱面的走向、倾向均与坡面一致，但边坡角小于弱面角，这时的边坡处于稳定状态，一般不易发生塌方。
3.2.3岩石弱面的倾角小于边坡角，而且弱面的下方与边坡面相同，则相交以上部分的岩体会出现滑落。
3.2.4岩石弱面的倾向与边坡相反，这时的边坡也是稳定的。
4.结语
当然，岩石的弱面并不一定都是一致的，边坡的坡面角只能考虑岩石层理的影响，而碰到一些节理裂隙影响边坡稳定时，应及时采取措施消除隐患。因此必要时应时常观察边坡稳定的情况，尤其是爆破和下雨之后。
为了防止边坡出现滑落，对那些出现隐患的采矿场边坡要采取一些措施进行治理。治理的方法一般采用挡墙、削坡减载、疏水排水等方法。一些大型露天矿还采用钢轨抗滑桩；用锚索加固边坡；用金属网铺设在边坡表面，以防止浮石滚落等较先进方法。同时对一些稳定性较差的边坡，应尽早采用一些切实可行的监测手段监测边坡的动态，以免在不测之际及时撤出从业人员和设备，确保矿山安全。
１．露天矿山边坡工程的主要特点
1.1 由于矿体赋存空间的限制，构成露天矿边坡的岩体、结构、地下水条件、以及原应力状态都是明显的不可选择性。因而，露天矿边坡设计—生产—管理的系统化，只能而且必须通过既定条件和改善可控因素来实现。
1.2 露天矿边坡是经历几十年的开采过程逐步形成的，具有工程构筑和使用同步、工程实践和认识同步的特点。由于露天矿边坡工程条件和评价模型的不确定性，使其在整个服务期间都承担不同程度的风险。为了消除或减少风险，需要跟踪监测边坡的工作状态，实施提供准确反馈信息，促使边坡工程性能在动态变化过程中不断达到完善。
1.3 就形成过程而言，露天矿边坡是采矿工程的伴随工程，依附于采矿作业而存在，它的形态在很大程度上受采矿作业的制约；就运行系统而言，露天矿边坡是采矿系统的一个子系统，它的功能要服务于采矿工艺，又在很大程度上制约采矿生产。边坡与采矿工程整体观是我们处理一切边坡工程问题的出发点。
1.4 随着大型采掘设备的发展，露天开采能力日益增加，最大限度地加大露天采矿场的深度成为当今采矿工程一个总趋势。工程規模越来越大，工程环境越来越复杂，工作条件越来越恶劣。边坡工程所面临的新课题迫使工程设计与工程实施要与之相适应，特别需要加强边坡工程管理，包括投产前的决策和生产过程的控制。
1.5 露天矿是矿山重大的安全性的工程，作为工程，无论是总体设计还是局部工程处理，都必然是一个有约束的多方案对比和优化的问题 ，必须且能够在安全的前提下，寻求经济利益最大化。这种优化具有明显的时间效应，它不同于一期落就的其它结构物，必须克服由于时间的推移、工程条件的变化所造成的安全系数和可靠性的降低，进而依靠科学技术进步和认识能力的发展，不断提高优化水平。
2.影响露天矿山边坡稳定的主要因素
露天矿山边坡问题直接影响到矿山的安全生产，边坡管理不好，将会给矿山作业人员和设备带来极大的危害，更严重危及到社会稳定。露天矿山的开采，打破了边坡岩体内的原岩应力平衡，出现了次生应力场。在次生应力场以及其它因素的影响下，就可能发生塌方和滑坡。
2.1岩石物理力学性质
主要有岩石的硬度、凝聚力和内磨擦角等。
2.2 地质构造
主要是破碎带、断层、节理裂隙和层理面形成的弱面。其主要形式如下。
2.2.1单层断面形成的弱面：如果断层走向与边坡走向之间的夹角小于25度，并且倾向相同，则可能引起边坡整体顺大断层面滑落。
2.2.2几条相交断层形成的弱面：如果几条断层相交把岩层切割成三角体或梯形，局部边坡可能成三角体滑落。
2.2.3层理（顺层面）形成的弱面；当露天矿场阶段坡面角等于或大于岩层倾角时，则会产生阶段坡面上岩石顺层理面滑落或坍塌。
2.2.4节理裂隙所形成的弱面，单组节理裂隙可能对上盘、下盘或端帮边坡坡面产生沿裂隙面局部塌方；多组节理裂隙可能使上盘，下盘或端帮边坡的局部呈几何体成块滑落。节理裂隙发育的露天矿场的边坡易产生浮石，险石。
2.2.5极不稳定的软岩夹层形成的弱面：这种夹层如分布范围很大，可能会引起边坡沿弱面大面积滑落。
3.露天矿山边坡管理措施和安全要求
露天矿滑坡、坍塌所带来的危害是相当严重的，因此国内外都很重视防止边坡破坏及治理有隐患的边坡，其目的就在于确保人员及设备安全，提高经济效益。露天矿边坡的治理方法很多，根据各矿的条件不同防治措施也不尽相同。下面介绍几种常用防治措施和安全要求。
3.1开采技术条件的控制
3.1.1 控制合理的开采高度。对于露天矿场和采石场，有条件的均应采用分层开采，使较高的采场分成几个台阶开采，以降低边坡的相对高度。对暂不能分层的矿场 也应采取措施，控制边坡稳定。一般情况下不分台阶边坡面垂直高度超过20米时，观察和维护边 坡的稳定就较为困难。因此规定矿山工作面垂直高度超过20米时，该采矿场必须实行分层开采。
3.1.2选用合理的开采程序和推进方向。在生产过程中要坚持从上到下的开采程序，坚持打下向炮孔和倾斜炮孔，杜绝在边坡底部开挖即掏底开采和打腰炮。一般情况下应选用从上盘向下盘推进，做到有计划，有条理一开采。
3.1.3 贯彻“采剥并举，剥离先行”的方针。虽然剥离废石和表土是一种被动工作，但这项工作是为了保证矿山的持续生产能力和正常生产，更是为了矿山的安全生产。
3.1.4 合理进行爆破作业，以减少爆破震动对边坡的影响。由于爆破产生的地震可以使岩体的节理张开，促使边坡破坏。因此在爆破作业中应注意：(1)尽量不采用大规摸的齐发爆破，有条件的可以采用微差爆破。(2)严格控制一次起爆的炸药量，减少对附近边坡震动的影响。(3)在采场内尽量不用抛掷爆破，应采用松动爆破，这样既可使爆堆比较集中，防止飞石伤人，也可减少对边破的破坏。(4)分层开采的矿山，在接近边坡地段应推广使用裂隙爆破，缓冲爆破，光面爆破等控制爆破技术。
3.2 搞清地质构造，合理确定边坡形式和角度
对于一个矿山来说，有条件的应对开采范围内的断层，破碎程度，节理裂隙和层理地质构造先搞清楚，因在地质勘查中没有发现的构造也应在生产过程中逐步积累资料，总结规律，以确定合理的边坡形式和控制边坡角，避开或减少结构面对边坡的影响破坏。
3.2.1岩石弱面走向、倾向与倾角均与边坡的坡面相同，此时的边坡处于临界状态，它可能发生塌落，也可能稳定，但是在开采中，如果上下采挖一致，而较多地掏采边坡的中部和下部时就会使边坡塌落。
3.2.2岩石弱面的走向、倾向均与坡面一致，但边坡角小于弱面角，这时的边坡处于稳定状态，一般不易发生塌方。
3.2.3岩石弱面的倾角小于边坡角，而且弱面的下方与边坡面相同，则相交以上部分的岩体会出现滑落。
3.2.4岩石弱面的倾向与边坡相反，这时的边坡也是稳定的。
4.结语
当然，岩石的弱面并不一定都是一致的，边坡的坡面角只能考虑岩石层理的影响，而碰到一些节理裂隙影响边坡稳定时，应及时采取措施消除隐患。因此必要时应时常观察边坡稳定的情况，尤其是爆破和下雨之后。
为了防止边坡出现滑落，对那些出现隐患的采矿场边坡要采取一些措施进行治理。治理的方法一般采用挡墙、削坡减载、疏水排水等方法。一些大型露天矿还采用钢轨抗滑桩；用锚索加固边坡；用金属网铺设在边坡表面，以防止浮石滚落等较先进方法。同时对一些稳定性较差的边坡，应尽早采用一些切实可行的监测手段监测边坡的动态，以免在不测之际及时撤出从业人员和设备，确保矿山安全。