小编语:对露天煤矿来说,把煤层上覆岩土层的逐层开采称为剥离作业;完成岩土剥离作业后,即开始对煤层开采。剥离后的岩土要分层堆放,这样就形成露天矿场周边众多的排土场,规范的排土场具有多层阶梯状台阶,多个台阶组成的斜坡就是露天矿排土场的边帮,即露天矿边坡。随着矿山开采深度的逐渐增加,露天矿山边坡的高度、面积、维护时间都要相应大幅度增加,不然边坡滑落或坍塌灾害的风险将日益增加。
文、图/国能准能集团哈尔乌素露天煤矿 苏二换
边坡滑坡的类型一般有平面滑坡、楔体滑坡、圆弧滑坡、倾倒滑坡、复合滑坡5种,其中平面滑坡是发生事故最多的一种滑坡类型。
边坡滑坡活动是在多种应力作用下,岩体从变形最终演变为崩落的现象,整个过程可分为以下3个阶段。
露天矿景象
岩土体在长期的地质应力作用下,产生节理、裂隙或断裂,完整性受到破坏,甚至破裂分割成支离破碎的块体,为滑坡活动奠定了基础。此阶段历时长短随岩石性质与结构、构造活动程度、边坡形状、外应力强度等而不同。
即滑坡体脱离母岩,沿最大重力梯度方向急剧而猛烈地崩落。
在平衡恢复阶段,同时可以是下一次可能滑坡的准备阶段,如此周期性变化。
边坡滑坡受多种因素影响,主要分为以下6个方面。
设计的边坡角越小,边坡的稳定性越高,但边坡角过于舒缓会增加排土场堆存成本和边坡维护费用。而边坡角越大,则边坡稳定性越差,但排土场的堆存成本会降低;然而边坡角大到一定程度将带来安全生产的风险,并对正在矿坑作业的人员及其设备形成威胁。
岩体是由多种岩石所组成,岩体中存在着各种结构面(指在构造应力作用下岩体中所产生的各种构造遗迹,包括断层、节理、层理和破碎带等),结构面在岩体中分布的多寡将影响边坡岩体的稳定性。大量滑坡实例表明,滑坡体的滑动面和边缘轮廓都是受岩体的结构面控制的。
地下水能改变岩石的物理力学性质,在岩体的裂隙中产生静压力和浮力作用,地下水在破碎岩体裂隙内流动时,这些破碎岩体将受到水的动压力作用,从而使边坡的稳定性降低。
露天采矿中,当坡面角不变时,边坡愈高愈不稳定。当边坡高度不变时,边坡角愈大愈不稳定。从水平断面看,边坡愈多愈不稳定,这是因为凡凸向采场(凹向采场的边坡表面,水平压应力较集中,可增加阻止岩体下滑的摩擦力,因而有利于边坡稳定;凸向采场是相对凹向采场的称谓)的边坡易受拉应力的作用而遭到破坏,不利于边坡的稳定。
边坡的稳定性和日常安全管理密切相关。如果发生超挖坡脚、在边坡上部堆置废石和设备,或建筑临时房屋等,受风化作用的影响和露天开采爆破产生的“地震”活动的影响,都会降低边坡的稳定性。
要保证边坡稳定不坍塌,滑坡的预防与治理就显得尤为重要。首先要合理确定工作阶段坡面角,露天开采时,首先要坚持先剥离后开采,严禁掏底部、放上部造成滑坡的野蛮冒险采矿;其次要对露天矿边坡进行经常性的检查和维护,用以保证边坡稳定,防止灾害发生;第三要运用雷达等先进监测手段对岩石的位移进行实时监测和预警,以便发现滑坡预兆,提前做出应对。