某硅石矿矿山高陡边坡治理方案

某硅石矿矿山高陡边坡治理方案

张**

（****爆破有限公司，银川 750001）

摘 要：结合某硅石矿矿山高陡边坡治理方案，讨论了小型露天矿山不规范开采活动而造成的滑坡等矿山地质灾害问题，对滑坡成因和治理措施进行分析，并详细介绍了控制爆破技术进行削坡减载，对高陡边坡实施修复式开采整治的过程和具体方法。

关键词：高陡边坡 滑坡 治理

近年来随着某市铁合金、碳化硅、工业硅等高耗能工业的兴起，硅石采矿业亦得到了加快。硅石在冶金、化学、陶瓷、建材玻璃等工业中均有较重要的用途，本区硅石矿产包括石英砂岩、石英岩两种，分布面积大、储量丰富，是该区优势矿种之一，但因无序、破坏性开采造成现有矿区普遍作业面零乱、险象一生，存在严重的滑坡、崩塌等地质灾害倾向，矿石资源可利用效率低下，无法达到规模生产的条件，难以满足新建生产线的正常生产需求，并存在严重的安全隐患。本文针对采矿场边坡失稳的地质灾害问题，提出了该矿山的边坡治理方案。

1 矿山地质环境概况

1.1 矿区概况

硅石是硅质原料的统称，有石英砂岩、石英岩、脉石英、交代硅质角岩和石英砂等。硅石质地坚硬，f=7～10，密度2.65g/cm3。白虎洞硅石矿位于贺兰山北段东麓惠农区白虎洞黑石夹道沟，矿石储量大（资源量4.1亿吨）、矿体厚度大（184-381m ）、抗爆性能强、化学成份稳定、有害杂质含量较低。矿区有简易沙石道路通往省道，交通较为便利。矿区有3处已开采宕口，现存三个采面，分别为1365m 水平、1360m 水平和1370m 水平，已沿探明纵向矿床间断无序开采宽约60～130米，因无序、破坏性开采，存在严重的滑坡、崩塌等地质灾害倾向。

1.2 矿区地质环境现状

矿区属贺兰山北段东麓山地，地势地势西北高东南低，矿区内海拔最高1520m ，最低1360m ，相对高差160m ，地形坡度35°～55°。矿体东西最大长度为1025m ，南北宽300m ，厚度232m ，走向北东，产状为140°∠4～7°。矿体赋存标高＋1520～1288m 该矿床为沉积型矿床，绝大部分裸露于地表，局部为第四系所覆盖，覆盖物厚度一般0.5 m～2m 。矿体的物质成分沿走向和倾向均 稳定，矿体石英岩产状平缓，倾角5°～8°；矿体稳固性较好，其抗压强度值为260MPa ，为中等坚固性岩，岩石风化程度较低，据现有采场揭露可知，风化壳厚度在0.2～0.5m 之间；稳固性较好，岩石风化程度较低，为中等坚固性岩，属于工程地质条件简单型矿床，适宜露天开采。

2 矿山边坡治理方案

2.1 滑坡成因分析和主要防治措施

2.1.1 滑坡成因分析

滑坡是岩土体自重、构造力、渗透力等综合结果，指位于斜坡的岩土体在重力以及水等外力作用下沿某一结构软弱面发生位移的一种不良地质现象。在边坡开挖前岩土体内部处于相对平衡状态，当开挖进行过程中岩体面临采场的一侧出现临空状态，导致该方向失去支撑力，岩体内部应力场会不断进行调整与变化，最终会导致在坡脚和坡顶附近出现应力集中区域，当该处应力超过其强度时则会导致岩体破坏形成滑坡。

滑坡的形成主要受边坡稳定性的因素影响。影响边坡稳定性的因素有内在因素和外在因素两个方面。内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质构造、岩体结构等。它们常常起着主要的控制作用。外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用和爆破等。其中地表水和地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素，其他大多起触发作用。查明和掌握这些影响因素对了解边坡失稳的发生发展规律，以及制定防治措施是非常必要的。

2.1.1.1 滑坡形成的内部条件

产生滑坡的内部条件与组成边坡的岩土的性质、结构、构造和产状等有关。不同的岩土，它们的抗剪强度、抗风化和抗水侵蚀的能力都不相同，如坚硬致密的硬质岩石，它们的抗剪强度较大，抗风化的能力也较高，在水的作用下岩性也基本没有变化，因此，由它们组成的边坡往往不容易发生滑坡。反之，如页岩、片岩以及一般的土则恰好相反，因此，由它们所组成的边坡就比较容易发生滑坡。从岩土的结构、构造来说，主要的是岩（土）层层面、断层面、裂隙等的倾向对滑坡的发育有很大的关系。同时，这些部位又易于风化抗剪强度也低。当它们的倾向与边坡坡面倾向一致时，就容易发生顺层滑坡以及在堆积层内沿着基岩面滑动；否则反之。边坡的断面尺寸对边坡的稳定性也有很大的关系，边坡越陡，其稳定性就越差，越容易发生滑动。如果坡高和边坡的水平长度相同，但一个是放坡到顶，而另一个却是在边坡中部设臵一个平台，由于平台对边坡的反压作用，就增加了边坡的稳定性。此外，滑坡若要向前滑动，其前沿就必须要有一定的空间，否则滑坡就无法向前滑动。山区河流的冲刷、河谷的深切以及不合理的大量切坡都能形成高陡的临空面，而为滑坡的发育提供了良好的条件。总之，当边坡的岩性、构造和产状等有利于边坡的发育，并在一定的外部条件下引起边坡的岩性、构造和产状等发生变化时，就能发生滑坡。

2.1.1.2 滑坡形成的外部条件

滑坡发育的外部条件主要圾水的作用，不合理的开挖和坡面上的加载、振动、采矿等，以前两者为主。调查表明：90%以上的滑坡与水的作用有关。水的来源不外乎大气降水、地表水、地

下水、农田灌溉的渗水、高位水池和排水管道等的漏水等。不管来源怎样，一旦水进入斜坡岩土体内，它将增加岩土的重度并产生软化作用，降低岩土的抗剪强度，产生静水压力和动水力，冲刷或侵蚀坡脚，对不透水层上的上覆岩土层起润滑作用，当地下水在不透水层顶面上汇集成层时，它还对上覆地层产生浮力作用等等。总之，水的作用将会改变组成边坡的岩土的性质、状态、结构和构造等。因此，不少滑坡在旱季原来接近于稳定，而一到雨季就急剧活动，形成“大雨大滑，小雨小滑，不雨不滑”。这也说明了雨水和滑坡的关系。山区建设中还常由于不合理的开挖坡脚或不适当的在边坡上填放弃土、建造房屋或堆臵材料，以致破坏斜坡的平衡条件而发生滑动。此外，振动对滑坡的发生和发展也有一定的影响，如大地震时往往伴有大滑坡发生，爆破有时也会引发滑坡。

2.1.2 滑坡的主要防治措施

治理滑坡应该坚持以防为主、综合治理、及时处理的原则。结合边坡失稳的因素和滑坡形成的内外部条件，治理滑坡可以从以下两个大的方面着手。

2.1.2.1 消除和减轻地表水和地下水的危害

滑坡的发生常和水的作用有密切的关系，水的作用，往往是引起滑坡的主要因素，因此，消除和减轻水对边坡的危害尤其重要，其目的是：降低孔隙水压力和动水压力，防止岩土体的软化及溶蚀分解，消除或减小水的冲刷和浪击作用。具体做法有：防止外围地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟；在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟。在覆盖层上可用浆砌片石或人造植被铺盖，防止地表水下渗。对于岩质边坡还可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。排除地下水的措施很多，应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。

常用的方法有：（1）水平钻孔疏干；（2）垂直孔排水；（3）竖井抽水；（4）隧洞疏干；（5）支撑盲沟。

2.1.2.2 改善边坡岩土体的力学强度

通过一定的工程技术措施，改善边坡岩土的力学强度，提高其抗滑力，减小滑动力。常用的措施有：（1）削坡减载；用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削减。（2）边坡人工加固，有修筑挡土墙、护墙、锚杆或锚索、固结灌浆、边坡柔性防护技术等。

2.2 方案设计思路

本矿山开采为山坡露采，一直采用陡坡开采，现实际开采边坡角已超过65°，相对高差超过100m ，高陡边坡带来的安全生产隐患亟待治理。由于矿山仍在开采建设期，只能采用控制爆破技术进行削坡减载，达到设计台阶开采要求的治理方案，具体设计思路为按原矿山开采设计要求水平台阶分层的开采方法进行开拓布置，因原设计台阶原始地形已破坏，现施工机械无法到达山顶，

只能在二采点现有工作面采用硐室爆破方法进行治理，利用爆破岩料修筑到1400m 高程作业平台，再利用硐室爆破爆落矿岩修筑到矿界设计1430m 高程，作业平台宽度为30m ，设计1400m 高程和1430m 高程2个作业平台，每个梯段高度30m 。同时作业平台向北推进，根据山势变化和矿山采矿权设置区块范围，修筑新的作业平台，在3区块设计4个作业平台，每个梯段高度30m 。再在上述作业平台采用潜孔钻机凿岩，分台阶高度10m 进行深孔爆破自上而下开采。

2.3 治理方法

根据业主要求和现场堪察，拟提出硐室爆破，爆岩修筑台阶，分层治理方式，治理方法如下： 矿山采用掏采方法进行无序和破坏性开采，目前形成“一面墙”式开采局面，造成开采边坡陡峭、险石环生，地质灾害隐患较大，给今后的规模生产带来一定安全隐患和困难，因此，必须对工作面进行整治。按照勘探资料所显示的矿山采矿权设置区块范围，从矿界南部开始对目前工作面、边坡进行清理、整治工作。

为保证坡面保留岩体按设计轮廓面成型并形成台阶工作面，须采用硐室控制爆破技术，即边坡采用硐室爆破自下而上进行台阶式放坡。由于采场一直采用不分层的“一面墙”开采方式，形成陡峭边坡，无法采用浅孔爆破形式进行钻机道路的修筑，且无供钻机上山的道路，只能采用硐室控制爆破自坑底进行，利用硐室爆破矿岩修筑作业平台，设计整改区域分为2个台阶面，分别为1400m 高程和1430m 高程，台阶梯段高度为30m ，作业平台宽度30m ，台阶坡面角60°。

2.4 治理工艺环节

2.4.1 硐室爆破：

拟采用硐室控制爆破进行平台修筑，仅用于矿山复采整改期。该方法导硐掘进采用人工手风钻凿岩，导硐断面1. 3×0.9m ，硐室最小抵抗线控制在20m 以内，一般使最小抵抗线W 与埋深H 比值控制在0.5～0.9。设计施工严格按《爆破安全规程》要求进行。

2.4.2 中深孔爆破：

采用中深孔露天非电毫秒微差爆破的方法进行工作面治理，主要用于形成梯段10m 的开采平台。该方法穿孔采用潜孔凿岩机，炮孔直径90mm ，孔距3.5m ，孔深6-10m 不等。2#岩石炸药，毫秒雷管进行爆破。

钻爆施工工序：测量—布孔--钻孔—验孔—加工起爆体—装药—堵塞—连接—警戒--起爆—检查—排除哑炮。

2.4.3 平台治理：

治理初期在4区块中部1360m 标高上布置施工作业平台，其宽度大于35m ，采用硐室爆破的方法治理，该水平布置6个药室，分别在原一、二采面掘进3个主硐，使平台向北纵向推进100m ，满足上部平台和道路修筑的要求，在作业平台上有挖掘机和转载机平整爆堆，修筑向上部水平道

路和作业平台，在1400m 平台形成后继续采用硐室爆破推进，经爆破后本台段部分矿石自溜至1360m 水平，一部分滞留在上部水平的爆后矿石，用挖掘机和装载机将矿石整平，形成1430m 平台，同时根据矿床走向和矿界要求，工作台阶不断向北推进，并形成1460m 高程作业平台。然后在上述作业平台采用潜孔钻机凿岩，分台阶高度10m 进行深孔爆破自上而下整改。用深孔爆破方法时，先从最上一个水平开始，当最上水平治理完毕后，降至下一水平，依此类推，直至1360m 水平。

2.5 边坡治理安全技术措施

2.5.1 矿山治理过程中要经常观看台阶(边坡) 的稳定情况，发现异常情况及时处理，情况危急时应果断撤离人员和机械设备。

2.5.2 严格控制边坡角度，随时注意工作面上方坡度及危岩的变化及松动情况，及时清理上方松动危岩，防止片帮事故的发生。

2.5.3 施工时应派专人负责边坡安全管理。对有滑动、崩塌迹象的台阶(边坡) ，应及时地进行削坡减载，在处理过程中要特别注意作业人员的安全。

2.5.4 禁止在台阶工作平盘边缘堆放块石或物件。禁止施工机械在距平盘边缘小于2米的地段内行驶，停留或作业。

2.5.6 暴雨过后，必须对工作面上方的边坡和危岩进行检查，以防滑坡事故发生。

2.5.7 严格按设计进行开采，并留边坡角，严禁从下部挖伞檐使其悬空而跨落。

3 结论

通过控制爆破技术进行削坡减载，对高陡边坡实施修复式开采整治，以开采余量资源，减少了社会资源的浪费，降低因缺少规划、“一面墙”开采造成的矿山地质灾害影响，为类似矿山高陡边坡治理提供借鉴。

参考文献

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