某露天矿边坡稳定性评价及治理设计

某露天矿边坡稳定性评价及治理设计赵望达,袁湘民,金永健(中南大学防灾科学与安全技术研究所,湖南长沙410075)摘要:对某露天矿边坡滑坡原因进行了分析,并利用条件危险性分析方法对该露天矿边坡滑坡的危险性作了评价。

该边坡的加固设计采用注浆插筋梳状土钉、坡面排水网络体系的综合支护方案,经过1a的检验,从表观及深层监测结果看,边坡处于整体稳定状态,证明此治理方案是正确可行的,达到了预期的目的。

关键词:露天矿;滑坡;危险性分析;综合治理;监测1概况某露天矿采区年产矿石10万,t采剥比为1B12,采掘区日平均作业工人人数为50人,水泵9台,1.5 m3的挖掘机2台。

滑坡位于露采区采矿作业面的东北侧边坡,同时矿区的运输要道处于滑坡地区。

据实地观察,滑坡处于天然稳定状态,但坡顶已滑动且破坏,局部边坡已发生徐变。

边坡呈多层相对滑移形式,且结构空隙较大,水极易渗透到坡体内。

由于含水量较大和水压较高,在渗透压力的作用下,细料被裹块,已使边坡出现大的倾向变形。

若不采取有效的措施加固,就可能出现更大的滑塌事故,危及矿区安全。

本文采用作业条件危险性分析方法,判定该边坡发生滑坡的可能性,可能造成的经济损失和劳动力损失,在此基础上提出整改措施。

2边坡滑坡分析2.1边坡滑坡原因分析该边坡的砂砾石、粘土都是散粒体,卵砾在其中起骨架作用,在水的作用及承受荷载过程中,由于压密、压裂和相互移动,引起孔隙体积和粒度成分的改变,它的变形可作用于刚性的岩体和塑性土类。

在地下水及地表水的冲蚀和砂砾土在重力荷载状况下,剪切变形多发生在沿骨架间的软弱面。

2.2影响范围及程度滑坡位于该露采区采矿作业面的东北侧边坡,矿区的运输要道处于滑坡地区,由于滑坡已造成路基部分掏空,威胁到行车安全。

滑坡一旦发生,将对位于采矿作业面的工作人员和采矿设备的安全构成很大的威胁,同时可能导致矿区运输公路的中断,引发一系列的衍生灾害。

3边坡滑坡的危险性分析3.1作业条件危险性分析方法[1]对于一个具有潜在危险性的作业条件,影响危险性的主要因素有3个:发生事故或危险事件的可能性;暴露于这种危险环境的情况;事故一旦发生可能产生的后果。

用公式来表示,则为:D=L#E#C(1)式中:D)))作业条件的危险性;L)))事故或危险事件发生的可能性:E)))暴露于危险环境的频率;C)))发生事故或危险事件的可能结果。

(1)事故或危险事件发生的可能性(L)。

事故或危险事件发生的可能性(L)与它们实际发生的概率相关联。

必然发生的事件的概率为1。

把/发生事故可能性极小0的分数值定为0.1,必然要发生事故的分数值定为10。

对于两种之间的情况,由专家指定中间数值,见表1。

表1事故或危险事件发生可能性分级分值发生的可能性分值发生的可能性10*完全会被预料到0.5可以设想,但高度不可能6相当可能0.2极不可能3不经常,但可能0.1*实际上不可能1*完全意外,极少可能注:*为/打分0的参考点。

(2)暴露于危险环境的频率(E)。

人员出现在危险环境中的时间越多,受到伤害的可能性就越大。

人员暴露于危险环境的频率(E)取值如表2。

(3)发生事故或危险事件的可能结果(C)。

事ISS N1671-2900 CN43-1347/TD采矿技术第8卷第6期M i n i ng T echno l ogy,V o.l8,N o.62008年11月N ov.2008故或危险事件造成的人身伤害或物资损失是在很大范围内变化的。

对伤亡事故来说,可以从轻微伤害直到产生死亡的悲剧结果。

对于这样的从量变到质变的变化范围,规定分数值为1~100,其中把需要救护的轻微伤害的分数值规定为1,把造成多人死亡的可能结果规定为100,在1~100两个参考点之间指定的中间值见表3。

表2暴露于潜在危险环境的分值分值出现于危险环境的情况分值出现于危险环境的情况10*连续暴露于潜在危险环境2每月暴露一次6逐日在工作时间内暴露1*每年几次出现潜在危险环境3每周一次或偶然地暴露0.5非常罕见地暴露注:*为/打分0的参考点。

表3发生事故或危险事件可能结果的分值分值可能结果分值可能结果100大灾难,许多人死亡7严重,严重伤害40灾难,数人死亡3重大,致残15非常严重,一人死亡1*引人注目,需要救护注:*为/打分0的参考点。

(4)危险性。

确定上述3个具有潜在危险性的作业条件的分值,并按公式进行计算,即可得危险性分值,据此,根据表4来确定其危险性程度。

表4危险性分值分值危险程度分值危险程度>320极其危险,不能继续作业20~70可能危险,需要注意160~320高度危险,需要立即整改>20稍有危险,或许可以接受70~l60显著危险,需要整改3.2事故发生的可能性滑坡是否发生破坏是受多种因素控制的概率事件,具有随机性和不确定性。

该露采区滑坡所在地是地震低易发区,导致滑坡的主要诱因是暴雨。

地下水作用和活动是滑坡形成的内在动力因素,强降雨后进入岩土体内的地下水活动增强,降低了原有岩土体的稳定性,导致了坡体失稳形成滑坡。

以暴雨的发生概率为主,结合已查明的滑坡堆积物的形态特征、岩土体性质、结构特征、边界条件及滑床面力学性质等因素来确定滑坡的发生概率。

其公式为:r=1-(1-p i)(1-p j)(2)式中:r)))滑坡发生概率;p I)))暴雨诱发滑坡概率;p j)))滑坡致滑概率,滑坡致滑概率按表5选取,取值0.3。

表5致滑概率确定标准等级p j稳定系数等级p j稳定系数(Ñ)0.5<1.0(Ó)0.3 1.1~1.2 (Ò)0.41.0~1.1(Ô)0.1 1.2~2.0暴雨诱发滑坡概率的确定:p i=1/平均每年发生暴雨的次数。

据统计,该区平均每年发生暴雨的次数为8次,则p i=0.125。

代入相应的参数,可得r =0.39,即滑坡的发生概率为39%,即发生滑坡的概率较大。

根据作业条件危险性分析中事故或危险事件发生可能性分值拟定方法,发生的概率较大时L值取3.9。

3.3暴露于危险环境的频率滑坡的危害对象主要是采矿工人、采矿设备。

根据正常的生产情况分析,由于采矿作业面较大,作业工人和采矿设备暴露在滑坡影响环境当中的几率不大,但存在可能。

根据作业条件危险性分析中暴露频率的分值拟定方法,对于采矿作业面作业工人和采矿设备,取E =2。

3.4危险程度由于采矿作业面的日均作业人数达到50人,滑坡一旦整体下滑,将可能造成数十人的伤亡,采矿机具受到严重损毁。

因此可能结果的分值C取40。

根据式(1),得出D=3.9@2@40=312,处于160~320分值的范围内,因此,隐患高度危险,需要立即整改。

4滑坡治理及边坡加固设计4.1治理思路该边坡用注浆插筋梳状土钉,坡面排水网络体系综合治理方案[2~5]。

根据现场观测情况来看,首先采用梳状土钉对边坡进行加固补强比较合适,但本治理方案中所使用的成钉工序和钉的形态与通常定义的土钉有所不同,其步骤如下。

(1)用钢管预先送入已产生滑动的坡体内,然后将含有高分子聚合物的浆液注入被加固的土体中,利用灌注浆体的压力,有控制地密实松散的土体和裂隙,并且通过一定的压力将土体或岩层劈开,注入浆材,浆液脉状分散并且互相连接形成连续的浆体防水、防渗帷幕,形状类似一把梳子,达到加固基础的目的。

24采矿技术2008,8(6)(2)插入钢筋形成梳状带筋浆液固结体(见图1)。

图1 梳状土钉(3)在坡面上喷射混凝土,设置网格护坡,结合排水体系,构成一个就地加固作用的复合体。

如图2所示。

图2 整治方案剖面示意4.2 整治方案设计结合现场实际地形和滑坡情况,确定该边坡的整治的措施和步骤是:清运塌方,土钉注浆,插筋,防、排水设施,绑扎钢筋网,浇注网格梁,喷射混凝土,植被。

(1)土钉注浆。

待塌方清理完毕后,对滑动区域进行土钉注浆加固,注浆采用高分子聚合物速凝混合新材料,每孔静压灌浆后,插入22#螺纹钢。

(2)排水网络体系。

排除或疏干滑坡体内的地下水,各种排水沟的尺寸参照相关通用设计图。

(3)网格护坡、喷锚。

最后在坡面绑扎钢筋网,浇筑混凝土网格体系并和插筋连接起来,在网格内喷射改性沥青复合料防渗层,这样就可形成一层/固化石墙0,既增强了整个结构的强度和刚度,也很美观。

(4)设置防排水系统。

对本边坡注浆结束后,首先沿边坡周界处修建环形截水沟,不使边坡外的水进入边坡的周边裂缝及潜在的滑坡体内;其次,在潜在的滑坡体上修建树枝状排水网络体系,排除边坡范围内的地表水;再次,等网格浇注完工后在网格内设置550mm 排水孔,排水孔上倾5b ,长度为2.0m,在边坡上修建明沟与渗沟相结合的引、排水工程,排除滑坡体内的湿地水等。

必要时,采用渗沟截、排地下水。

4.3 土钉参数的确定(1)土钉的长度(L )。

参考有关经验,设计参数[6~9<,本工程取L =2.5m 。

(2)土钉的水平间距(S h )和竖向间距(S v )。

一般取:S h =S v =(6~8)D (3)式中D 为钻孔直径,m,一般取S h =S v =1.0~2.5m ,结合考虑土钉长度,本工程取S h =S v =1.5m 。

(3)钉体直径(d )。

一般取:d =(20~25)@103S h #S v (4)常用d =20~28mm,本工程取d =28mm 。

(4)土钉与水平面的倾角A ,取A =15b 。

5 结 论(1)本文利用作业条件危险性分析方法对滑坡的危险性进行分析评价,该方法操作简易,危险程度的级别划分比较清楚、醒目。

(2)在整治前,查明了滑坡的地质特征及形成机制,为选择合理、有效的治理方案提供可靠的依据,工程造价合理。

(3)滑坡形成的原因是多方面的,因此单一的措施往往无法有效地根治滑坡,而要采取综合治理的方法来进行整治。

(4)从滑坡形成的机理看,滑坡最终是沿着某一滑动面产生滑动,因此在实践中应坚持以阻滑工程为主的综合治理原则,把滑坡整治作为一个系统工程,进行系统的优化设计,使综合治理达到整体最优。

(5)本滑坡治理工程实施后,经过了一年的检验。

目前,从表观、深层监测结果看,边坡处于整体稳定状态。

证明此治理方案是正确可行的,达到了预期的目的。

参考文献:[1]国家安全生产监督管理总局.安全评价(第三版)[M ].北京:煤炭工业出版社,2005.[2]赵明阶,何光春,王多垠.边坡工程处治技术[M ].北京:人民交通出版社,2003.[3]张永清,李满囤.山区公路路基滑坡治理措施[J].山西交通科技,2001,(4):10~16.[4]魏作安,尹光志,万 玲.露天矿边坡动态整治方法-以福建潘洛铁矿滑坡整治为例[J].工程地质学报,2005,(3):336~339.(下转第64页)25赵望达,等: 某露天矿边坡稳定性评价及治理设计技术性能优势。