引言

露天礦山終了邊坡的安全穩定性，直接關系到礦山的生產安全，在設計階段確定終了邊坡的穩定性尤為重要。文獻提出邊坡穩定性評價精度概念，為長期以來困擾礦山邊坡設計安全系數取值問題提供了一種確定性解決方案。采用赤平投影法對礦山邊坡進行理論分析，同時基于強度折減法對邊坡爆破工況以及地震+暴雨工況進行數值模擬，進而確定礦山邊坡穩定性，具有較好的實踐意義。將有限元法和極限平衡法結合綜合分析礦山邊坡穩定性，綜合確定礦山邊坡的穩定性，為礦山邊坡設計與穩定性評估提供理論依據。文獻針對具體礦山，采用數字模擬技術對礦山邊坡參數進行優化，確保礦山邊坡的安全穩定性。

伴隨中國經濟高速進展，水泥行業發展迅速，進而水泥原料露天礦山數量較多，該類礦山終了邊坡穩定性需重點關注。本文結合某水泥原料露天礦山實例，在設計階段對礦山終了邊坡穩定性進行分析計算，為露天礦山邊坡參數可靠性進行驗證，確保礦山生產過程中的邊坡安全。

礦區地處江南，地形屬低山丘陵。區內最高海拔標高259.0m，最低海拔標高14.80m，相對高差244.2m，地形坡度中等，且植被較發育，基巖基本裸露。

礦區內出露地層有志留系下統高家邊組(S₁g)、中統墳頭組(S₂f)、上統茅山組(S₃m)、泥盆系上統五通組(D₃w)及第四系(Q)。

礦區內礦體裸露，屬裸露型大氣降水補給、以基巖裂隙含水層為主的裂隙充水礦床。礦床最低開采標高+30m，位于當地排水基準面以上。礦區附近未有大的地表水體分布，主要含水巖組富水性弱，地下水補給條件好，第四系主要分布于礦區邊緣。

礦區內巖石節理裂隙較不發育，主要礦層及頂底板巖體質量良好。礦坑開采最終邊坡坡高較大，對礦床開采有一定影響。礦床工程地質類型為半堅硬巖石組成的層狀礦床。礦區范圍內山體在自然條件下處于穩定狀態，自然坡角為15°～55°。礦區地質環境良好，周邊植被覆蓋率高，遠離居民區，采礦噪音對附近居民生活影響不大，無地表水體。

根據現行規范劃分，本礦床水文地質條件簡單，工程地質條件簡單一中等復雜，環境地質條件簡單。本礦床開采技術條件類型以工程地質問題為主的礦床，歸類為Ⅱ-2。

2.1 采場總平面

礦山開采完畢后，礦區將形成東西長約1110m，南北寬約600m，深約20m，底部面積約29.5ha的采坑，礦山采掘終了情況如圖1所示。

2.2 采場邊坡設計參數

根據礦體賦存條件、地形地貌及目前礦山現狀，本次設計采用露天開采方式，選用自上而下分臺階開采的采礦方法，此采礦方法技術成熟，在多個礦山得到應用。

根據《水泥原料礦山工程設計規范》，本礦山臺階高度10m，安全平臺寬4m，清掃平臺寬8m，安全平臺和清掃平臺間隔設置。終了臺階坡面角60°，最小工作平臺寬度為45m。

根據礦山開采終了情況，礦山設計范圍內最低開采標高為為+30m，露天采場最終邊坡最高開采標高為+225m，終了邊坡最大高差195m；南側邊坡高度較小，最終邊坡角為49.02°，北、東、西三側最終邊坡角均小于39°。

2.3 邊坡穩定性分析

根據巖體結構面(巖層層面、節理裂隙面)與邊坡的關系，可將礦區的邊坡類型劃分為如下三類：

(1)順向邊坡：位于礦區南側，位于S₂f1地層中。其走向、傾向與巖層產狀相同，巖層傾角一般在55°～67°左右，局部大于55°，設計終了邊坡角不超過50°，小于55°，未形成楔形下滑體，邊坡高度在25m以下，屬穩定型邊坡。

(2)反向邊坡：位于礦區北側，其設計終了邊坡角為39．63。，邊坡傾向與巖層傾向相反，為反向坡，邊坡高度一般在145m以下，屬穩定型邊坡。

(3)走向邊坡(切層邊坡)：位于礦區東側和西側，本次設計的東、西側設計終了邊坡角分別為38.92、39.31°，均小于41°，巖石半堅硬一堅硬的礦石，邊坡高度一般在190m以下，屬穩定型邊坡。

2.4 邊坡穩定性計算典型剖面

根據礦區工程地質巖組特征、構造和結構特征，邊坡水文地質條件、工程地質條件及潛在破壞模式，并考慮采場不同部位的采礦工藝要求、邊坡幾何要素等因素，按其相似性與差異性，選取了4個典型剖面進行邊坡穩定性計算。計算剖面相關參數見表2，A、B、C、D剖面、剖面平面圖見圖2。

2.5 邊坡穩定性計算參數

根據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》(GB51016-2014)，本次邊坡工程安全等級Ⅱ級，設計允許安全系數見表3。

本次邊坡穩定性計算一方面參考《礦資源儲量核實報告》中提供數值，另一方面參考類比《巖土工程實用手冊》及《非煤露天礦邊坡工程技術規范》(GB51016-2014)，根據《現代采礦手冊》(上冊)中5.1.4.3節表5-19：砂巖內摩擦角一般在35°～50°，內聚力一般在8～40kPa。因此本次選取邊坡巖石的物理力學參數見表4。

2.6 邊坡穩定性計算結果

本次穩定性計算軟件采用的是加拿大D.G.Fredlund于1977年創立的GEO-SLOPE公司開發的GeoStudio巖土工程系列軟件，該公司已成為全球最著名的巖土軟件開發公司之一，用戶覆蓋全球100 多個國家。GeoStudio系列軟件是一套專業、高效而且功能強大的適用于巖土工程和巖土環境模擬計算的仿真軟件。計算結果見表5。

據表5分析計算結果表明，該采場四個剖面整體邊坡安全穩定性均滿足相關規范要求，設計選取得邊坡參數是合理可靠的。

本文以某水泥原料露天礦山為例進行邊坡穩定性計算分析，依據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》(GB51016-2014)允許安全系數要求，對四個代表性剖面利用國際通用的大型計算軟件Geostudio巖土工程系列軟件，導人相應數據，通過分析計算得到采場總體邊坡穩定性最小安全系數，從而驗證設計選取的各邊坡參數的合理性，該計算分析方法對礦山設計階段確定礦山終了邊坡的的穩定性具有很強的理論指導意義。

作者：昊長振，吳少龍

來源：《安徽海螺建材設計研究院有限責任公司》

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