白云铁矿东矿深深部开采C区边坡稳定性评价.pdf

第 3 3卷第 4 期 2 0 0 7年 8 月 包钢科技 S c i e n c e＆T e c h n o l o g y o f B a o t o u S t e e l G r o u p C o r p o r a ti o n vo 1 ． 3 3。 No． 4 Au g u s t ， 20 0 7 白云铁矿东矿深深部开采 C区边坡稳定性评价 李富田， 樊学豹， 苏计红 包钢 集团 公 司白云鄂博铁矿 ， 内蒙古 包头0 1 4 0 8 0 摘要 白云铁矿东矿 已逐渐进入深深部 开采 ， 采 场相继 出现 了数个 较大规 模 的滑体 ， 使矿 山生产 受到 了严重影 响。文 章主要介绍 了 白云铁矿东矿深深部 开采 C区边坡破坏机理和稳定性评价 。 ’ 关键词 采场 ； 滑体 ； 稳定性 ； 评价 中图分类 号 T D 8 O4 文 献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 5 4 3 8 2 o o 7 o 4 0 0 3 3 0 3 Ev a l u a t i o n t o t h e S l o pe S t a b i l i t y t o M i n e t h e De e p C r e g i O n o f Ba i y u n e b o I r o n M i n e L ／Fu t i a n，F AN Xu e b a o，SU 一 n g B a i y u n e b o Mi n e o fB a o t o u S t e e l G r o u p C o r p ． ， B a o t o u 0 1 4 0 8 0 ， N e i M o n g g o l ， C h i n a Ab s t r a c t Th e Ea s t Ba i y u n e b o Mi n e h a s b e e n mi n e d i n t o t h e d e e p， the r e a r e s e v e r a l l a r g e s c a l e s l i p p e r y b o d i ． I t h as a h i g h d a n g e r o n the mi ni n g p r o d u c t i o n． Th e p a per i n t r o du c e s the f a i l u r e me c h a n i s m o f the C r e g i o n s l o pe i n mi n i n g the d e e p o f East Ba i y u ne b o Mi n e a n d e v alu a t e s the s ta b i l i t y． Ke y wo r d s s t o pe ； s l i p pe ry b o d y； s ta b i l i t y； e v alu a t i o n 自云 铁 矿 东 采 场 逐 步 进 入 深 深 部 开 采 ， C 区 1 5 4 4- t l 平台相继 出现局部滑体 ， 随着采场不断向下 延伸 ， 必须探 明 1 5 44 m台阶下部的岩体结构 、 断层 及岩体松动和变形的空间条件以及地下水或降雨渗 入的途径。对边坡 岩石 的变形机理进行稳 定性分 析， 预测边坡变形 的发展趋势 ， 评价其稳定性 ， 提 出 治理措施 ， 最终消除东采场深深部生产的安全隐患。 1 滑体 简介 C区目前发育有 3个较大规模 的滑体 ， 1 滑体 形成于2 0 0 1 年初 ， 位于1 5 9 4 I l l 平台。该滑体的出现 使得下方生产 台阶不能正常靠界并 段， 直接导致东 矿采场 2 0 0 2年矿石生产减产 1 0 0万 t 。滑塌规模更 大的 2 滑 体形成 于 2 0 0 3年 3月 ， 滑体后 缘 位 于 1 6 2 8 I n 平台， 滑体高度 8 4 n l ， 后 缘张裂缝距边坡眉 线最大 2 0 n l ， 裂缝长度约 1 2 0 m； 随着采深的不断增 加及受降水影响， 滑体蠕滑沉降不断扩大 ， 滑体表面 台阶岩体受压开裂、 松散坍塌的现象随处可见 ， 从坡 面坍塌滚落 的岩石堆满了 1 5 44 m平台 ， 阻断 了清 扫平台通道 。3 滑体位于 1 5 1 6～1 5 4 4 n l 台阶 ， 形 成于 2 0 0 3年 3月 ， 向西与 B区 4 滑体连为一体 ， 滑 体后缘张裂缝位于 1 5 44 I n平台， 裂缝长度近百米 ， 受其影响 ， 1 5 1 6 n l 台阶不能按设计靠界。随着开采 水平 的延 伸， 受采场爆破震 动、 雨水入渗及 临空影 响， 滑体滑移趋势将逐渐加大。 2 工程地 质条件及特征 C区滑体岩石类型主要为云母片岩 ， 此外还有宽 收稿 日期 2 0 0 7 0 51 0 作者简介 李富田 1 9 6 2 一 ， 男， 内蒙古包头市人 ， 采矿高级工程师， 现从事采场边坡技术管理工作。 维普资讯 包钢科技 第 3 3卷 度不大的自云岩 呈透镜体产出 和少量的云母化板 岩。云母片岩呈浅绿色 ， 薄片状构造 ， 片理发育 ， 岩性 软弱易风化。由于岩脉 自身软弱易风化的特点 ， 长期 受风化和地表水冲刷等外界作用， 岩脉表层遭 冲蚀、 剥落坍塌并逐渐向深部扩展， 在坡面形成深沟， 致使 其两侧的岩体悬空进而逐渐产生变形张裂， 往往成为 边帮变形破坏的初始点和构成坡体局部滑塌边界。 为查 明滑体 的具体形状、 滑塌范围以及较大的 结构面的产状和空 间展布进行勘察工作。 从勘察情况看 ， 该区工程地质条件较差， 断层纵 横交错多达 9条 ， 云母片岩片理或顺层面理和顺层 断层等结构面均呈 近 东西向， 在 C区北端与边坡 走向平行或小角度斜交 ， 在南端与边坡面呈大角度 斜交至正交 ， 即滑体分布范围位于北端 。 3 1 5 4 4 m 以下深深部工程钻探 3 ． 1 工程钻 探 为进一步查 明深深部边帮的岩体特征及破碎带 具体位置 ， 同时为了获取室内岩石物理力学试验用 岩芯试样 ， 进行了深深部工程地质岩芯钻探。 钻探共布两孔 ， 钻孔倾 向朝向坡内， 倾角 8 0 。 ， 总 进尺 1 6 7 m。对于钻探取得的岩芯 ， 钻探结果表明 ， 深深部边帮岩体仍为云母片岩， 局部有薄层云母化 板岩夹层。通过岩芯钻探得到了较为详细的深部岩 体工程地质情况。 3 ． 2 钻探 结果 根据钻探结果 ， 1 5 4 4 I l l 以下深深部边坡岩体仍 为云母片岩 ， 其 中 1 孔岩体质量较差， 节理密集带较 多， 岩芯采取率低于 2孔 ； 而 2 孔除从地面以下 1 0 n l 范围内未取得完整岩芯外， 其余深度段 的岩芯均 比 较完整 ； 2孔所处位置发育一小型向斜构造 ， 受其影 响 1 5 1 5 1 4 9 5 1 ／ 1 岩体裂隙发育， 岩体破碎， 根据钻 孔揭露的深度看 ， 此破碎带位于终 了边坡范围之外 ， 对靠帮边坡稳定不构成影响。 4 滑体 机理分析及评价 4 ． 1 现 有滑体 破 坏机理 分析 C区滑体的变形与滑塌， 具有多滑面、 多级次的 特点 ， 根据工程勘测分析 ， 3个滑体所表现的滑塌方 式是一致的 ， 即主要顺 片理或节理产生的平 面滑移 和滑塌。 4． 1 ． 1 1 滑体 该滑体的工程地质特征的边坡易产生平面型及 双平 面型滑塌[ 川 。滑体岩石类型主要为云母片岩 ， 岩体强度较低 ， 变形方式主要为塑性流变。滑体 台 阶表现为座错沉降， 岩体松散张裂 。 4 ． 1 ． 2 2 ’ 滑体 该滑体台阶坡滑塌 以云母片岩节理或片理为滑 裂面发生 ， 主要表现为滑移座错 、 顺层张裂 的特点。 随着下方台阶的不断推进， 将会产生更深层次的滑 裂面 ， 现有滑体的堆载也会造成深深部边帮云母片 岩塑性变形加大 ， 结果将引发更大规模的滑塌破坏 。 4． 1 ． 3 3 ’滑体 该滑体形成于 1 5 4 4 m平 台， 受上方滑体及断 层影响 ， 坡面岩体变形滑移 ， 随着台阶逐渐延深 ， 3 滑体滑裂面将不 断向后扩展， 最终导致 1 5 4 4 m平 台完全坍塌破坏 ， 并与 2 滑体相连 ， 成为贯通东北 帮的大滑体。 4 ． 2 1 5 4 4 n l 以下边 坡稳定 性分 析 根据对 C区滑体的工程地质测绘和深深部工 程 钻 探 结 果 ， 结 合 东 矿 的生 产 勘 探 线 断 面 图， 1 5 4 4 n l 以下边坡变形及稳定状况分析认为 1 1 5 4 4 m以下深深部靠帮边坡岩体为云母片 岩， 局部台阶坡 出露自云岩透镜体。云母片岩分布 趋势由西北侧 向东南方厚度逐渐变大、 深度逐渐变 深 。滑体西北侧 1 4 8 8 m水平 ， 边帮云母片岩厚度 约 2 03 0 n l ， 随着边坡的 向下采深 ， 其厚度亦逐渐 增加 。 2 由于云母片岩 自身强度低 ， 面理 、 节理等顺 坡向的不利结构面组较发育， 与断层、 岩脉等较大的 不连续面组合 ， 易形成整体双平面型破坏和单个台 阶边坡的平面型破坏。滑体西北侧与 B区交界处 ， 云母片岩与后方的白云岩分界面处发育顺坡向断层 和岩脉 ， 岩脉将于 1 3 7 61 4 0 4 m台阶坡面出露 ， 该 断层和岩脉将对 1 4 8 8 1 3 7 6 n l 共 4个台阶边坡的 稳定产生极为不利的影响。由于云母片岩岩体工程 性质较差 ， 加之矿山现有靠帮台阶预裂爆破工艺的 不足 ， 当边坡开挖至 l 4 0 0 m水平 以下时， 边坡很容 易发生平面型或双平面型滑塌破坏。西北侧边坡滑 塌破坏必将牵引东南侧边坡产生变形破坏。 4 ． 3 滑 体破 坏机理 分析l 2 J2 综观 C区现有的 3个滑体 ， 尽管其位置、 规模不 同， 但其所表现的滑塌破坏机理是相同的。由于边 帮云母片岩片理面和顺层断层均呈顺坡 向， 其倾 向 与坡面倾 向基本相 同而倾角较陡， 加之云母片岩 自 身强度较低、 工程质量差 ， 同时受现有靠帮台阶形成 维普资讯 第 4期 白云铁矿东矿深深部开采 C区边坡稳定性评价 3 5 预裂爆破工艺缺陷影响， 靠帮边坡不能维持原设 计 坡度 ， 受限于穿孔机械性能只能采用垂直穿孔 ， 致使 靠帮台阶呈垂直状 ， 不但增加了边坡表层岩体受损 破坏的机率 ， 而且会使坡面出露 的不利结构面组数 量增多， 不利于整体边坡的稳定 ， 滑体的形成是多方 面因素共同作用的结果 。 分析滑体的形成机理 ， C区滑 塌应 属于两 阶段 的阶梯式蠕滑一拉裂机理 ， 该种破坏形式常见于受 平行于边坡陡、 缓两组结构面控制的岩质高边坡 中， 是一种与平面滑动相近 的变形破坏模式 ， 工程实践 表明 ， 这种变形破坏模 式通常 出现在厚层岩体构成 的边坡中， 其变形的发生往往具有从上至下 的特点 也可见到从下至上的 ， 沿倾 向向坡外呈一缓倾角 结构面蠕滑 ， 并通过陡裂逐级 向下传递变形 ， 形成 阶 梯状蠕滑一拉裂形式 ， 当阶梯状蠕滑面 的平均倾角 与结构面的残余摩擦角接近时， 特别有利于这种变 形的发生 。针对 C区滑体工程地质条件 ， 缓 裂 顺 坡缓倾节理组 通常构成蠕滑段 ， 陡裂 顺坡片理及 断层 构成拉裂段 ， 蠕滑面整体呈陡一缓相接的阶梯 形 或 台阶状 。 5 深深部开采边坡加 固方案 当前边坡状态下， 必须采取措施进行削坡卸载 并进行有效加固才能保证深深部开采后边坡 的稳定 和采场生产 的正常靠界。加 固分三期采用预应力锚 索、 喷射混凝土及全长粘结型锚杆联合加固。 1 一期加 固 设计在 1 4 8 8 1 5 4 4 m每个 台阶 坡面布设 5排预应力锚索 ， 长度 3 5 5 5 m， 锚索间距 5 mx 5 m， 承 台采用 C 3 0钢筋砼肋柱。在预应力锚 索的基础上每个 台阶设计 5排 ∞2 m i l l 全长粘结型 锚杆 ， 长度 1 8 m， 间距 5 m x 5 m。同时在 1 4 8 8 1 5 44 m 2个 台阶坡 面挂 网喷射 1 0 c m厚 2 2 0混凝 土 。 2 - - 期加 固 对 1 4 3 21 4 8 8 m台阶坡面 ， 表 层采用挂 网锚 喷 防护 ， 2 2 0挂 网喷 射混 凝 土厚度 1 0 c m， 每个 台阶采用 5排 ∞2 m i l l 全长粘结系统锚 杆 ， 锚杆问距 5 mx 5 m； 1 4 3 2 1 4 8 8 m每个 台阶坡 设深层锚固 ， 采用压力分散型预应力锚索， 每个 台阶 设 4排 ， 垂直间距 6 m， 水平间距 5 m梅花形布置。 3 三期加固 1 4 0 41 4 3 2 m台阶坡面， 表层采 用挂网锚喷防护 ， 2 2 0挂 网喷射混凝土厚度 1 0 c m， 每个台阶采用 5排 ∞2 m i l l 全长粘结系统锚 杆， 锚 杆间距 5 m x 5 m。 6 结束语 从以上对东采 场深深部 C区边坡稳定分析及 工程加固方案的提出， 在 1 5 1 6 m 以下各生 产台阶 正常靠界及并段过 程中要强化靠界爆破 ， 并对靠界 台阶边坡要相继投 入， 分阶段逐步实施边坡加固工 程确保台阶稳定。 参考文 献 [ 1 ] E． H o e k ， E． T ． B r o w n著 ， 岩石地下工程[ M] ． 连志 升译 ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 2 ] 周书举 ．露天矿边坡工程地质勘察规范 试行 [ M] ． 北京 冶金工业出版社 ， 1 9 8 6 ． 上接 第 3页 可能造成有价值的铁矿石被当做岩石排弃 ， 如 白云 石型磁铁矿 ， 造成 资源 的浪费。应在北京科技大学 与自云鄂博铁矿共 同研究完成的报告 的基础上 ， 根 据当前的选矿技术做选矿试验。 5 ． 7 深 凹露天矿 通风 、 除尘 项 目的研 究 东矿已进入深深部开采 ， 主矿五年内也将进入 深深部开采 ， 采坑内的汽车洒水降尘作业量增大 ， 成 本高且效果不明显 ， 为保证采场人员 、 设备有一个 良 好 的作业 环境 ， 2 0 0 8年要开 展深 凹露天矿通 风、 除 尘项 目的研究 。 6 结束语 该规划研究从采场的现状到今后 5年的发展方 向存在的问题做 了详细全面的技术研究工作 ， 矿山 正按照该规划有条不紊地安排生产， 为矿 山的发展 决策提供可靠依据。 参考文 献 [ 1 ] 费子文 ， 吴统顺 ， 李宝祥 ， 等 ． 采矿手册[ M] ． 北京 冶金 工 业 出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 李宝祥 ． 金属矿床露天 开采[ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 。 1 9 9 2． 维普资讯