朱末琳

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)



凹山采场南帮-90～-135 m边坡塌方治理

朱末琳

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)

南山矿业公司凹山采场南帮-90～-135 m边坡发生塌方，而-75 m台阶及以下台阶均为采场汽车运输的咽喉要道，如果对该处滑坡体处理不当，使滑坡向上延展，将造成-75 m台阶道路的中断，严重影响矿山的正常生产运输；同时，如果不处理滑坡体，势必造成下部修改设计开采境界，产生压矿问题。在对区域地质环境、滑坡原因分析的基础上，从削坡、锚索设计、纵横连续梁设计、钢轨桩工程、排水措施等方面介绍了加固方案。

边坡塌方治理

南山矿凹山采场南帮边坡滑坡体位于-90～ -135 m，该处边坡在-75～-90 m发生局部的滑动后，经简易处理形成-75～-90 m的光面边坡(边坡角50°左右)，之后在-90 m平台发现有裂缝，因采装滑坡体矿石遮盖了表面的裂缝。该处边坡下方-120～-135 m台阶实施靠帮爆破作业，同时受降雨的影响，发现-90m以下边坡发生滑坡，走向长度70 m左右，-90 m台阶根部明显错动，两侧形成张拉裂缝，缝宽10～50 cm，-90 m台阶上裂缝错落分布形成台阶陡坎，-90～-105 m台阶已明显下沉，台阶前缘下沉量约30～150 cm，下部-105、-120 m安全平台宽度不足5 m。-90～-120 m到-135 m已形成了滑坡松散体，-90～-135 m坡面角34°左右。

由于该部位边坡-75 m台阶及未来-150 m台阶均为采场汽车运输的咽喉要道，若该处滑坡处理不当，将使滑坡向上延展，造成-75 m台阶道路的中断，严重影响矿山的正常生产运输；若该滑坡体不处理，开采境界就必须修改，压矿问题就不可避免。因此，须采取合理、有效的措施对该部位滑坡体实施综合治理，以达到安全可靠，效益最大化。

1　区域地质环境

凹山矿区位于淮阳山字型构造前弧东翼转折部位，宁芜断陷盆地中段。宁芜断陷盆地以中基性火山活动和断块构造为其特征。伴随着构造运动，本区岩浆活动十分强烈，形成了一系列火山岩、次火山岩及侵入岩。本区的褶皱构造主要为燕山运动早期形成的由前火岩系地层组成的褶皱和形成于燕山运动晚期由火山岩系组成的褶皱。前者规模较大，后者规模较小。宁芜火山岩盆地是一个断陷型盆地。盆地内断裂构造十分发育，但由于火山岩和第四系覆盖，在地表常表现得不很清晰。构成盆地边界和内部构造骨架的断裂主要为北北东—近南北向的纵向基底断裂和北西向的横向基底断裂。凹山矿区位于火山穹隆的北部，断裂构造发育，它的形成和发展都受到区域北北东向及北西向深断裂的控制，并表现为它们的次级构造。

2　滑坡原因分析

由于露天采场深度的不断增加，形成了一个个高差近15 m的陡坎，使原呈闭合型的2组X型剪切裂隙，特别是走向近NW向的裂隙，由于一侧失重，裂隙壁间内聚力降低，裂缝逐渐张开，开采中易形成滑动的软弱面。具体原因是：①凹山采场南帮开采边坡面与剪裂隙倾向基本一致，裂隙的倾角主要在42°～50°；②渗入裂隙的雨水不能及时排出，裂隙的饱水状况使裂隙壁间的内聚力降低；③采场平均边坡角为42°，陡峻的边坡及爆破震动使原呈平衡状态的裂缝逐渐张开，滑坡体易于剪出向下滑动。

经现场踏勘，-75～-90 m边坡已形成光面边坡，边坡走向呈拱形，从东向西节理面产状150∠410～420至3 500∠450～460。受大气降水及靠帮作业的影响，-90 m台阶明显错落沉陷，形成一系列羽状张拉裂缝，缝宽10～50 cm，滑坡体东侧形成近垂直于边坡走向的张裂缝，缝宽1～3 m。-90～-120 m到-135 m已形成了滑坡松散体。

3　加固方案

3.1削坡

削坡参数：坡面角36°，阶段高度15 m，分别在-120、-105和-90 m标高处留置5 m宽台阶，按此尺寸放坡至-75 m台阶。

3.2锚索设计

(1)单根锚索极限承载力

(1)

式中，n为钢绞线根数，根；S为每束钢绞线折算面积，mm2；[σ]为每束钢绞线设计强度，N/mm2。

拟采用φj15(7φ5)钢绞线，其标准强度为1 720 N/mm2，设计强度为1 220 N/mm2，则每根锚索的极限承载力

P1=1 416kN

(2)砂浆与锚索间的握裹力

(2)

式中，Le为锚索有效锚固段长度，m；d为锚索换算直径，m；τ2为钢绞线与砂浆间抗剪强度，MPa，一般按τ2=kR(R为砂浆极限抗压强度，k取0.5～0.55)选取，由于其与施工时的注浆质量紧密相关，因此施工时，由现场拉拔试验而定。

本次设计按M20砂浆考虑，τ2取0.8 MPa，有效锚固段Le=8.0 m,则单根锚索的极限握裹力

P2=2 414kN

(3)砂浆同孔壁的摩阻力

(3)

式中，D为钻孔直径，150 mm；Le为有效锚固段长度,m，本次取8.0 m；τ3为砂浆与孔壁的粘聚力，MPa，本次取τ3=0.4 MPa(施工时，由现场拉拔试验而定)。则摩阻力

P3=1 506kN.

根据相关锚固规范，锚索(杆)安全储备取K=2，且一般来说，P1，P2不控制锚索设计，只起校核作用，锚索与孔壁的摩阻力P3是3者中最小的值，因此取P3参与锚索设计，单根锚索可提供的锚固力

P′=753kN

(4)锚固力提供的抗滑阻力

(4)

式中，P为锚固力，kN；Pn为锚固力沿滑面的法向分量，kN；Pt为锚固力沿滑面的方向分量，kN；α为滑面倾角，取20°设计；θ为锚索与水平方向的夹角，取15°设计；φ为底角减出口处岩体的内摩擦角，取28°设计。

P取750 kN，则有

Fp=(0.305 0+0.819 2)×750kN=843.15kN

为了安全考虑，将这部分增量作为安全储备，仍取单根锚索750 kN滑面方向的抗力进行设计。

(5)锚索根数

(5)

式中，P为总剩余下滑力，kN；P′为单根锚索提供的抗滑力，kN；n为需布设的锚索根数，根。

3.3纵横连续梁设计

由于台阶岩性较松散软弱，为了使坡面受力均匀，考虑设置纵横连续梁。

(6)

式中，λ=0.45～0.7；P0为锚索轴向设计应力，kN。单位载荷

(7)

式中，h、l为锚索纵横梁间距,m。

按简支梁受力考虑，弯矩

(8)

均布荷载

(9)

设计C20砼浇注，钢筋选用φ25螺纹钢筋，则fck=13.4 N/mm2，f0=9.5 N/mm2，fy=300 N/mm2，设计梁截面b×h=400 mm×400 mm，h0=425 mm。系数as=0.303，查表得γ=0.815,则受拉钢筋面积

受压侧考虑构造要求，配置2根φ12钢筋，同时按构造要求配置箍筋φ8@200，沿梁通长配置。

3.4钢轨桩工程

在纵横梁体根部设置钢轨桩工程，一方面增加稳定性，另一方面作为梁体的支撑。钢轨桩长度 3 m，孔径150 mm。

3.5排水措施

在加固区范围内，虽然坡体内地下水位较深(各钻孔均为干孔)，但需做好边坡地表水的排泄，修筑排水沟、截水沟。

原设计-135m台阶保持不变，从-135m台阶坡脚按36°坡面角向上放坡，在-120m和-112.5m标高处分别留置5m和2m宽平台，其台阶高度分别为15m和7.5m，从-112.5m平台坡脚按42°坡面角向上放坡，在-105m和-90m标高处分别留置5m宽平台，在-97.5m和-82.5m标高处分别留置3m宽平台，其台阶高度均为7.5m，见图1。

图1　方案设计剖面(单位:m)

4　结　语

(1)马钢南山铁矿凹山采场南帮-90～-135 m滑坡治理技术研究收集了凹山采场历年来相关的地质资料及前期研究成果，结合本次岩土工程勘察及现场踏勘成果，经综合分析查清了滑坡体的不良工程地质条件以及滑坡成因，建立了边坡破坏模式以及工程地质模型。

(2)地下水渗流分析表明：由于目前采场以采至接近露天底(达到-150 m以下)，随着采场露天底的下降，形成边坡地下水降落漏斗。根据本次岩土工程勘察报告：研究区范围内各钻孔在设计深度内均为干孔，说明稳定地下水位线埋深较深，对该段边坡的稳定性无影响。但是由于组成该段边坡的岩体节理发育，在接受到大气降水时，积水会进一步弱化节理面强度，对边坡的稳定性不利，因此需做好边坡表面水的疏排工作。

(3)地质体在不断的揭露以后(如深凹采矿)，岩土体在地表水体的浸润以及风化作用影响下，其力学强度会降低，尤其是一些结构面强度降低更快，影响到边坡的稳定性。因此，在矿山后续的安全生产中，边坡管理显得尤为重要，加强边坡监测，定期检查，台阶边坡的排水以及临帮预裂爆破等措施是保证已形成边坡稳定性的有利措施。

2016-06-26)

朱末琳(1979—)，男，工程师，243033 安徽马鞍山雨山区向山镇。