云南磷化集团有限公司晋宁磷矿 云南晋宁 650607
摘要：介绍了晋宁磷矿六号坑东采区西边坡的基本情况，分析了这次滑坡的原因，进行边坡破坏机理分析，通过在滑坡区域内划分勘探线进行边坡稳定性的极限平衡分析及稳定性计算分析，得出结论。从而对滑坡体的稳定性进行了研究。在此基础上提出了以确保边坡稳定性为目的，以工程及生物措施为手段，为保证下步安全生产，对整个东采区边坡按科学、合理进行治理的思路。
关键词：稳定性；边帮角；内摩擦角；滑坡；治理
晋宁磷矿位于云南省昆明市晋宁县上蒜镇和六街镇境内，隶属于云南磷化集团有限公司，是集采、选为一体的大型现代化露天矿山，距昆明市区65km。昆明至中谊村有准轨铁路相通并有专线进入矿区宝兴，可与成昆线、滇黔线接轨，宝兴向北5km接昆玉高速公路，可与省内主干线相连，矿区交通极为方便。年平均气温14.6℃，年平均降雨量925.4mm。共有1-10号10个资源坑，年开采原矿能力为240万t，年擦洗原矿能力160万t，产品矿直销省内、外。目前主要采坑是6#坑东采区，东采区西边坡随着开采向深部的延伸，边坡高差逐增，暴露面积增大，加之边坡岩体性质较差，部分区域已出现塌方破坏。边坡的安全有效治理及稳定是采坑底部矿石开采的前提条件与保障[1]。
1东采区西帮底板边坡概况
东采区西帮边坡从112-120线之间的边坡多为层间软弱夹层发育的顺层边坡，软弱岩层主要为泥岩、页岩、凝灰岩、泥灰岩。节理裂隙发育，坡顶标高2445m水平，底部工作面标高2255m水平，边坡垂高190m。边坡倾角30（°）～35（°），存在高差大、矿体倾角陡，边坡稳定性较差等情况。此次塌方区域为117-123线，2270m～2380m水平。
2边坡破坏机理分析及治理依据
东采区西边帮边坡岩体结构为顺层结构，岩体主要组成成分为砂岩和易泥化的凝灰岩，岩体组成较差，结构面发育严重，在降雨或地表径流的作用下，凝灰岩在遇水后发生泥化，其强度大大降低，在边坡体内部产生若面，致使边坡失稳；以及随着边坡底部开采的水平的急剧向下延伸，进行大面积的开挖和剥离，使得下部边坡坡角增大，整体边坡陡倾，排土场已发生开裂的裂缝将进一步的扩展和贯通，边坡在受自重影响和其它外界的扰动下产生大规模的缩动，实质是造成本次塌方的重要原因。
边坡岩体变形与破坏是由于边坡岩体内部应力变相互作用后形成的，边坡岩体受力主要为重力，其次为渗透力、构造力、爆破、设备振动力等。未开挖边坡，边坡岩体内部应力场处于相对平衡状态，随着边坡开挖工作的向下进行与延伸，岩体显露临空面，侧向支撑力消失，促使边坡岩体内部应力重新调整变化，导致边坡产生新的变形。当岩体应力超过岩体强度时，边坡岩体沿开挖临空面方向发生较大变形和破坏。以及边坡岩体内部存在软弱面[2]，当开挖侧空方向与岩体层面倾向相同时，岩层倾角接近内摩擦角，水作用、风化、振动等外界因素作用下，造成边坡发生破坏。
边坡破坏是由于内应力平衡被打破造成的。边坡滑动体与滑动面之间，存在内摩擦力，而内摩擦力的大小与下滑力成正比关系，与滑动面水平夹角成反比关系。当边坡角小于最大内摩擦角，滑体处于稳定状态，当边坡角大于最大内摩擦角，滑体处于失稳状态 [3]。此次边坡治理主要采取削坡减载的方式进行，其实质为减小边坡角，将边坡角控制在最大内摩擦角以内，以促使滑坡体稳定。
力学分析如下：
图1 a滑坡示意图 b滑坡体受力分析图
f =W.sinα
N=W.cosβ
f / =N.tgφ=W.cosα.tgφ
W------滑体重力
φ-----底板最大内摩擦角(在一定条件下为定值)
f / -----滑体重力垂直滑动面分力N所产生的摩擦力
f -----为滑体重力分解的平行下滑面的下滑力
滑坡体保持稳定不下滑的条件是：
f /≥f
即 W.cosα.tgφ≥W.sinα
当α=β=φ时，边坡处于极限平衡状态，此时抗滑力与下滑力相等，边坡稳定的极限坡角等于板底内摩擦角。因为要留有一定的安全储备，我们用K= T//T= W.cosα.tgφ/ W.sinα= W.cosβ.tgφ/ W.sinβ= tgφ/ tgβ
为使边坡有足够的稳定性，一般要求K=1.15—1.30。
3东采区边坡稳定性分析
3.1岩土体力学参数
为真实客观确定边坡岩体参数，对晋宁磷矿东采区西帮底板边坡岩体进行现场取样，开展了边坡土层强度性能试验，确定了土体及散体物料的抗剪强度参数，并进行了室内中型剪切试验[4]。
表1 晋宁磷矿岩（矿）体力学参数试验结果
3.2边坡稳定性的极限平衡分析与稳定性计算
极限平衡法是边坡工程研究分析与设计中最主要及有效的实用分析方法。其原理为先假定多个滑坡可能的滑动面，然后根据静力平衡条件和莫尔——库伦强度准则计算沿各滑动面滑动的可能性，从中找出稳定系数最小者，其对应的滑动面即为滑坡滑动可能性最大的滑动面 [5]。
选取东采区118勘探线、120勘探线两个具有代表性剖面，采用边坡极限平衡计算分析， 并且考虑地震影响（7度），计算结果统计见表2
表2 现状边坡极限平衡计算结果统计
从统计结果来看，118勘探线剖面计算结果显示边坡处于极限平衡状态，潜在的滑动趋势较为明显，岩（矿）层稳定性稍差；120勘探线剖面计算结果显示边坡稳定性接近1.03，存在滑动可能性极大。从现场勘察，118勘探线、120勘探线出现土层松动，裂隙发育、蠕动严重。分析计算结果见图3和图4。
图2 Fig. 2
a 118勘探线剖面计算结果分析图
b 120勘探线剖面计算结果分析图
从极限平衡分析的结果图中看到，边坡潜在的滑动面与现场实际开裂的区域吻合。
通过以上计算分析，东采区边坡目前处于极限平衡状态，局部地段滑坡可能性大，在对滑坡体进行清拉处理的同时，应采取削坡减载措施，防患于未然，以有利于边坡的稳定，保证下方采剥作业的安全进行。
4边坡滑坡类分析
目前露天矿山采区边坡滑坡按破坏形态不同，主要为平面滑坡、楔体滑坡、圆弧滑坡、倾倒滑坡和复合滑坡等几种形式。晋宁磷矿东采区边坡地表局部节理裂隙发育，且伴随土体、破碎岩体和软弱沉积岩，容易以平面滑坡和圆弧滑坡的形式出现。发生浅层边坡滑坡危险。
图a 平面滑坡 图b圆弧滑坡
图3 Fig.3
5边坡治理
东采区117-123线，2270—2380m水平滑坡区域为浅层滑坡，滑面单一，且该区域为一级品采空区域，剩余有二级品， 二级品矿为含砂白云质磷块岩，其层理较发育；矿层底板岩性为薄至中厚层状白云岩或泥质白云岩夹燧石层，层纹构造为其显著特征[7]。滑坡区域平面图见图6。
图4 117-123线平面图
5.1治理方案
目前露天矿山边坡加固治理的方法有削坡减载、挡土墙、抗滑桩、锚杆(索)、注浆法和喷射混凝土等。通过对各治理方法的实施作用、特点以及适用条件进行对比分，结合晋宁磷矿实际，根据边坡稳定性分析，此次边坡治理选择削坡减载方案完成。
5.2塌方治理与安全措施
5.2.1塌方治理
东采区117—123线滑坡区域，涉及大高度为2380m，滑坡体坡脚标高为2270m水平，治理采用削坡减载，采用液压反铲挖掘机和双桥自卸汽车，运输道路路面平整使用推土机或装载机。从上往下分层治理，形成台阶为10m，安全宽度10m，台阶坡面角≤23°，最终边坡角≤21°[6]。对滑坡主动体进行清除，减小滑体下滑力和增大抗滑力。同时，减小边坡角，将边坡角控制在最大内摩擦角以内。在各安全平台内侧布设修筑截排水沟，排水沟底铺设土工模，排水方向从南向北，将汇水引入采场底部水仓，集中抽排。治理过程中对边坡体中低品位矿石有效区分采出。具体为：质量指标，磷矿石P2O5≥15%，作为浮选矿采出拉至二级品料堆堆放；当磷矿石P2O5≥26%时，作为残矿回收，运输至大破碎，作为擦洗原矿使用。治理完成边坡，在坡面撒上草籽，进行植被处理；经过治理至今稳定，除局部出现裂缝和沉陷外，没有再次发生塌方现象。
5.2.2安全保障措施
①治理期间，安排专门现场安全管理人员实施全程安全监护，加强塌方区域安全检查，对相对危险点实施人工适时观测和仪器每天观测，随时掌握边坡变化情况。
②设备进入作业区域前，现场安全人员须提前对边坡进行巡视，确认安全后，设备方能进入；
③严格控制进入治理区设备数量，实行一车一装，待重车装满驶离后，空车方能进入装车；
④观察人员和设备操作人员配备通讯设备，发现险情，立即停止作业，撤离人员、设备；
⑤治理作业，白天进行，晚上停工；遇到雨[8]、雾大天气，影响能见度时，停止作业。
6治理效果
东采区边坡治理117—123线，2270水平以上，完成清理岩（土）体78.67万方，投入治理费用582.16万元。拉运中低品位矿石23.95万吨，回收残矿1.40万吨，可产生经济效益259.6万元；
治理完成后，利用具有代表性的118、120勘探线剖面进行分析，据断面图可以看出，边坡最终边坡角≤21°。治理后经过长期跟踪、观测沉降，边坡纵、横向变形较小，无开裂、蠕滑、弯曲，外观特征良好，稳定性较好，为边坡下部2270m水平以下Ⅰ级品矿量482.8万吨，品位29.04%；Ⅱ级品矿量263.83万吨，品位21.15%，安全顺利采出提供了保障。治理完成后118勘探线、120勘探线剖面如下：
图5 Fig. 5
图a 118线断面图 图b 120线断面图
7结语
东采区西边坡117-123勘探线滑坡后，通过查找、分析边坡滑坡机理破坏的原因，确定滑坡的类型和治理方法，以及通过边坡稳定性分析，合理确定边坡稳定性参数，在此基础上对其采取相应治理措施，保证了东采区西边坡治理工作安全顺利完成及治理后边坡的安全稳定，为下一步东采区剥离、采矿及东扩创造了条件，边坡治理达到预期效果。
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论文作者:唐俊瑞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：采区论文; 滑坡论文; 晋宁论文; 稳定性论文; 磷矿论文; 大内论文; 剖面论文; 《基层建设》2018年第24期论文;