矿山边坡稳定性计算中的影响条件分析.pdf

猱艺科枚 Journal of Green Science and Technology 第16期2020年8月 矿山边坡稳定性计算中的影响条件分析 骆振中，王俊，孙春光,程世勇 浙江省应急管理科学研究院/浙江省安全工程与技术研究重点实验室，浙江杭州310012 摘要指■出了浙江交投矿业有限公司大皇山矿区北侧边坡最大高度可达243 m,边坡坡脚设置有破碎系统 及部分车间。北侧边坡经过多年的剥离揭露后，岩体的强度逐渐弱化，且南侧边坡正在进行矿山开采，矿 山爆破及开挖过程中将对北侧边坡的稳定性产生影响，直接威胁下部车间人员及设备的生命财产安全。 对其北侧边坡稳定性计算中的影响条件进行了分析，获得的结果可为下一步边坡稳定性计算提供数据资 料，对于矿山安全生产和预防坍塌滑坡具有一定的参考价值。 关键词边坡;稳定性；计算分析 中图分类号TD824. 7 文献标识码A 文章编号1674-9944202016-0113-03 1引言 矿山边坡稳定计算分析通常是根据边坡已揭示工 程地质条件和以往地勘资料，结合矿山采场现状实际， 确定较为合理的边坡岩石强度等参数，选择适合的稳定 性分析方法，从而进行边坡稳定性计算分析。 浙江交投矿业有限公司大皇山矿区北侧边坡已经 过多年露天开采，形成了较规范的终了边坡，最大开采 高度 243 m,宕面形成了 200 m、 185 m、 170 m、 155 m, 143 m、 125 m, 110 m、 9 8 m、 80 m、 67 m、 52 m、 36 m、 21 m、 6 m 等标高终了台阶， 平台宽度4〜11 m,边坡坡脚设置有破碎系统及部分车 间。北侧边坡经过多年的剥离揭露后，岩体的强度逐渐 弱化，且南侧边坡正在进行矿山开采，矿山爆破及开挖 过程中将对北侧边坡的稳定性产生影响，直接威胁下部 车间人员及设备的生命财产安全。 本文主要是对浙江交投矿业有限公司大皇山矿区 边坡稳定性计算中的矿区地震影响、爆破振动对边坡稳 定性的影响、地下水条件影响、最危险滑面和边坡工程 安全等级及允许安全系数等相关条件进行分析,为下一 步边坡稳定性计算提供数据资料和相关依据。 2矿区地震影响分析 对比参考中国地震动参数区划图GB 18306- 2015,浙江交投矿业有限公司大皇山矿区所属地区的 抗震设防烈度级别属于哑度，选取的设计基本地震加速 度值为0.1 g,反应谱特征周期0. 35 s。 按非煤露天矿边坡工程技术规范GB 51016- 2014中的附录要求，抗震稳定性计算时，各条块的地震 惯性力影响系数应按1式计算 K严a敏 1 式1中，a为设计地震加速度，按照矿山所属地区 水平方向的地震系数，为地面水平最大加速度的统计平 均值与重力加速度的比值冷为折减系数；取0. 25；0为 第条块的动态分布系数，取1.0；最终确定矿山的水平 向地震惯性力系数,Kc 0 . 025o 3爆破振动对边坡稳定性的影响 矿山爆破时炸药能量释放而产生的爆轰波会在坡 体内传播，使边坡岩体承受冲击载荷的作用，具有一定 的显著周期和频率高、持续时间短的特征，从而引起坡 体介质振动。矿山频繁地爆破会使边坡岩体的抗动载 荷能力降低，甚至使边坡失稳而滑移。爆破动载荷对矿 山边坡的稳定性情况有较大的影响，在进行矿山边坡稳 定性分析时,爆破动力的影响主要考虑作用于坡体上指 向采场的最大水平动载荷的影响。 按非煤露天矿边坡工程技术规范等规范中边坡 稳定性计算的要求时，如果考虑到爆破时的振动力影 响，水平爆破力的影响系数按下面的计算公式进行 计算 Ke aJ g ⑵ 公式2中洛为第i条块爆破振动质点水平向的 最大加速度，取100 c m/s2呎为第i条块的爆破时的振 动力系数，可取动水作用不仅冲刷矿山边坡，还会使 矿山边坡的土体产生渗透压力，引起渗透变形，使边坡 产生破坏。 本矿床为露天开采，根据地下水的赋存状态、含水 介质及埋藏条件，可分为松散岩类孔隙潜水和块状基岩 裂隙水。地下水主要赋存于第四系残坡积层和基岩的 风化裂隙中。 松散岩类孔隙潜水赋存在第四系残坡积层中。基 岩裂隙水赋存在基岩风化裂隙和节理中。风化程度较 浅，平均风化厚度约3.15 m。 地下水主要受大气降水的补给，沿裂隙向低处迳流 排泄，可见三处岩面渗流出地表，出水量200〜300 mL/ m。本矿区位处濒海丘陵，最低开采标高为 6 m,高于 当地历史最高潮水位 3. 14 m。矿区总体地势中部 高，南北两侧低，外部汇水面积不大，且自然地形有利于 地表水自然排泄。 5最危险滑面的确定 本文分析过程中对圆弧形破坏的关键滑面定位考 虑采用三点定弧方法，即选定可能滑动面上的3个特殊 点确定此关键滑面的位置。 滑坡现象通常是滑坡上有张裂缝，下有滑岀口表 现为底鼓、坡面开裂等，因此在剖面上首先选定这两点 作为滑弧上2点，然后再在这2点之间选定一点作为滑 弧上的第三点，从而便可确定一个滑面。 矿山边坡可能滑坡的张裂面通常可以结合经验而 确定相应的范围，相应的范围可以包含所有可能发生滑 坡的张裂面；滑坡时滑出口范围也同样可以根据经验或 需要给定，两点之间的第三点总是处于最浅滑面张裂 点与滑出口的连线，即为平面滑坡和最深滑弧与垂直 张裂面相切的圆弧之间，这样便可通过在此3个范围 内有规律有秩序地变化上述3个点完成滑面的全局搜 索，找出最小安全系数对应的滑弧。 通过分析考虑，可以按照以下的步骤来实现矿山边 坡的开裂和滑出口的搜寻。 1 首先要确定的是滑面底部的出口范围可分段 计算，也可以凭借经验和判断预先判别最危险的滑弧出 口范围。 2 之后需要确定的是滑裂面的作用范围。 3 最后在以上2个范围之内，确定若干个滑出口 和滑裂面的位置，并在两个选定的区域内各任意选择一 点形成一个组合。如图1所示。 图1三点定弧全局搜寻示意 4计算最浅滑弧平面型和最深滑弧位置。 s in a 乜无1 Ruin L/c o s a ]*[ x2y.y1x2yj 5 在0〜范围平均分成若干段，依次选取滑 弧的深度H,用来计算对应的滑弧圆心坐标及半径。 R0 . 5L2/HH 如如 竝/2 R H s in a yo y iy 2/2 RHc o s a 结合文献资料，通常在0〜H”*这个范围均匀的分 成35〜45条滑弧，首先需要的是初算最危险滑弧的大 致位置，之后在初算的最危险滑弧的大致位置附近进一 步试算选取的几条滑弧。循环多次以上步骤，直至前后 两步的试算最小安全系数之差能够满足矿山边坡稳定 性分析计算的精度取0. 001为止。 同时，还应该考虑矿山的岩体情况，比如矿山边坡 存在较薄的软弱层，则需要以1 mm为一个步距给出滑 弧深度，以防止局部优化的干扰。 6 确定移动滑出口和滑入口的位置，需要重复以 上步骤，最后得到最小安全系数所对应的关键滑面滑弧 参数。 6矿山边坡的安全等级及其允许的安全 系数 矿山边坡的安全等级及其允许的安全系数是判断 矿山边坡稳定性情况的最终指标,它取决于多方因素， 下转第117页 114 2020年8月绿色科技第16期 表6 AFTOX模型计算参数 计算参数参数属性 污染物一氧化碳 释放速率/k g/s 0. 326 泄漏持续时间/min180 离地10 m处风速/m/s 2 气温/920 逆温层高度/m10000 污染物释放高度An10 地表类型泥地 地表干湿度干 云量10分制5 表7模型计算结果 距离/m浓度出现时间/min高峰浓度/ mg/m3 100. 080. 01 200.1737.29 300. 25174. 61 400. 33266. 97 500. 4229 3.50 600. 50285.43 700. 58263.87 800. 6723荷载组合II为自重地下 水爆破震动力;荷载组合in为自重地下水地震力。 本次边坡稳定性分析计算时考虑到不同荷载组合 下，边坡的最小安全系数也不一样。按照边坡工程设计 安全系数要求，浙江交投矿业有限公司大皇山矿区参照 经计算，一氧化碳最高峰浓度出现在事故点下风向 50 m处，最大浓度29 3.5 mg/m3,出现时间为事故发生 后0. 42 min。在下风向720 m处浓度值为9 . 88 mg/ m3，符合环境空气质量标准MGB309 5-2012二级浓 度限值10 mg/m3要求。一氧化碳毒性终点浓度380 PAC-3和9 5PAC-2mg/m3，由计算结果可知，事 故点下风向轴线30-170 m处污染物浓度最大，厂界 200 m范围内没有风险受体，故突发大气环境事件对周 边环境影响较小。 5.2突发水环境事件危害后果分析 原料仓库、危废库火灾事故伴生的消防水、原料仓 库泄漏风险物质通过雨水排放口直接进入地表水体，影 响水质。雨水排放口下游至风险受体焦岗湖和淮河 之间设有多道闸门，紧急情况下可请政府部门协调关闭 水闸，防止风险物质扩散。因此，未对突发水环境事件 影响范围进行分析。 6结论 通过采用AFTOX模型模拟计算该塑编公司突发 大气环境事件影响范围和浓度分布可知，突发大气环境 事件最大影响范围为厂界外170 m,在此范围内，没有 长住人口及其他风险受体，因此该公司突发环境事件对 周边环境影响较小。 参考文献 「1］赵瑞峰，李 杰.几起典型环境突发事件应急分析与反思［J］.绿色 科技，201922129 〜131. 「2］李大梅，吴波.企事业单位突发环境事件应急预案编制技术要点 ［J］.绿色科技，201922129〜131. 「3］邓建华.企业应急预案编制与实施的几个问题［J］.化工管理,2018 16. 「4］张腾.关于企业突发环境事件应急预案编写及注意事项的探讨 口］.环境与发展,20181. II级边坡工程进行分析，从而计算得出本次矿山边坡的 不同荷载组合下矿山边坡的最小安全系数荷载组合I 为1.19 ,荷载组合H为1.17,荷载组合HI为1.14。 7结语 通过以上对浙江交投矿业有限公司大皇山矿区边 坡稳定性计算中的矿区地震影响、爆破振动对边坡稳定 性的影响、地下水条件影响、最危险滑面和边坡工程安 全等级及允许安全系数等相关条件的分析，可使矿山管 理人员进一步了解到矿区地震、爆破振动、地下水等对 矿山边坡稳定性的影响，对矿山边坡处理有了新的认 识,为下一步边坡稳定性计算提供了基础数据依据。 参考文献 m何宇翔降雨入渗和地震作用下边坡稳定性研究m.昆明理工大 学学报,2019 3. 「2］毛权生.马坑铁矿中碎与机修车间后山边坡稳定性分析［C］//中 国冶金企业协会.全国金属矿山采矿新技术学术研讨与技术交流 会论文集.北京中国冶金企业协会,2007. M王小敏，张绪燿.某石灰岩矿采场边坡稳定性预测评估［J］.现代矿 业,20104. 117