大型露天矿山边坡稳定性分析

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2024-11-04 15:36:02

01 项目简介

本矿山位于安徽省宁国市，为水泥厂配套矿山，年产符合水泥生产需要的石灰石矿650万t，水泥配料用砂岩60万t/a，合计年开采规模为710万t。依据提供的资料，设计采场终了边坡角和边坡高度见表1。

1.1 砂岩矿区

设计最终边坡最大高度24m，最低处无边坡。南东边坡边坡走向20°，为直交坡，最终边坡高度24m;南西边坡边坡走向116°~132°，为顺向坡，最终边坡高度10m;北西边坡走向199°，为直交坡，最终边坡高度16m;北东向边坡走向79°~137°，为逆向坡，最终边坡高度24m，石头山组成边坡岩石为风化的志留系砂岩，属稳定边坡。

1.2 石灰岩矿区

本矿区为已分成三个平台两级边坡。由南东向北西分别为+92m、+104m、+116m平台。+92平台边坡为斜交边坡;+104m平台边坡走向大致为47。，边坡角35°~50°，为斜交坡。设计采场最终边坡最高为37m，最低处无边坡。其中北西、北东侧无边坡;南东侧边坡走向17°~42°，为斜交-直交坡，最终边坡高度36m;南西侧边坡走向135°~155°，为顺向坡，地层倾角小于边坡角，最终边坡高度19m，组成边坡岩石为南陵湖组灰岩，岩石较坚硬-坚硬，风化程度低，属基本稳定边坡。

02 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，结合宁国水泥厂海螺山矿区水泥用灰岩、砂岩矿开采终了采场边坡的状况，其边坡如若发生破坏，将严重影响生产，极有可能对运输车辆及人员、采场设备及工人造成重大伤亡及财产损失，预计直接经济损失大于100万元，得出采场边坡危害等级定为Ⅰ级。

经计算，开采终了边坡高度最大45m(H≤100)，其位于矿区采场东南侧，采场边坡工程安全等级为Ⅱ级。

03 边坡稳定性计算

边坡设计安全系数是衡量边坡稳定性的最终定量指标，最小设计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。

本次分析采用极限平衡法进行边坡稳定性计算，碎裂岩体边坡，当破坏模式为圆弧形破坏时，宜采用简化Bishop法和Morgenstern-price法进行稳定性计算。根据边坡特点及破坏模式，本次评价选用极限平衡分析法中简化Bishop法计算。简化Bishop法其计算公式为：

由于开采终了边坡高度最大高差45m，位于采场东南侧，本次在矿山采场选取了A-A´剖面边坡进行计算，采用数值模拟确定其破坏模式，并结合极限平衡法计算稳定性系数。

结合规范要求，考虑不同的荷载组合工况，计算得出其边坡安全系数，计算结果见图1。边坡稳定性分析最小安全系数计算结果见表2。

从分析结果看，矿山总体边坡稳定性情况较好，但由于矿体的力学参数采用类比法确定的，其结果有一定的不确定性。

04 边坡监测

根据《金属非金属露天矿山高陡边坡安全监测技术规范》要求露天矿山采场应结合边坡分区的安全监测等级要求(表3)：本矿山安全监测等级为三级，本次设计监测内容主要有：边坡表面位移监测、降雨量监测。

边坡表面位移监测：设计采用高精度全站仪自动监测技术对高边坡进行监测，实现同期高精度观测。降雨量监测：采用翻斗式雨量计对降雨信息进行监测。

(1)边坡表面位移监测。

监测点布置。边坡每30m高差布设一排监测点，监测点的距离：边坡长度小于300m时，宜取20~100m，结合现场实际情况，边坡面上共设置监测棱镜点位20个，在边坡面以外坚固的山体设置1台智能全站仪对监测点位进行监测，在坡面外坚固山体上每台全站仪设置2个监测棱镜后视点。

②监测误差要求。边坡地表水平位移监测精度要求：监测等级为三等，相邻点点位中误差±3mm：地表垂直位移监测精度要求：监测等级为四等，相邻点点位中误差±1mm。

③监测频率。监测网和监测点的初次观测应在埋设标石10-15d后进行。边坡变形监测频率应根据边坡位移速率和季节来确定。新布设点一周内每天应观测1次;位移趋于稳定后每月应观测1〜2 次，雨季适当增加观测次数，暴雨前后增加观测密度。在边坡位移剧烈时，每小时观测不应少于2次。监测网的观测应定期进行，建网的初期宜每个月观测1次，一年后可每3个月观测1次。有异常情况时应随时进行观测。监测期间，个别监测网点和监测点被破坏时，应补救恢复并应进行监测结果的校核。

(2)降雨量监测。根据本矿山露天边坡面积，本次设计共布置2个降雨量监测点。

(3)监测点布置汇总。该矿山设计最终边坡最大高度约45m，最终边坡角介于40〜55°之间，其中矿区南侧边坡最长，总长度约1000m。本次设计边坡监测点布置汇总，见表4。