李宝明

（云南磷化集团工程建设有限公司）

某露天矿7#采场目前正在进行+2 250 m 水平最底层台阶的爆破回采作业，标志着该采场即将结束采矿。为延长服务期限，矿山曾委托有关单位进行了资源的补充勘探，并于7#采场南部110#～116#勘探线发现新资源，Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ品级331类矿石资源储量达到2 043.15 kt。计划对此部分资源进行扩帮开采。然而，矿山早期曾将110#～116#线区域作为排土场堆放废石，且排土场已堆置完成。因此，在进行110#～116#线矿山扩帮开采设计时，需考虑对排土场内废石进行清理，同时有必要对扩帮后的边坡稳定性进行分析。

边坡安全系数作为边坡安全的判别指标，一直被广泛应用于各类工程领域［1-2］。易露等［3］采用极限平衡法和有限元数值模拟的方法，计算了铜山口铜矿露天边坡安全系数，对露天边坡稳定性进行了分析。张文飞等［4］基于Biot 固结理论，采用GEO-STUDIO 软件计算了和尚桥铁矿内排土场边坡在降雨作用下的边坡安全系数。邓帆等［5］以边坡安全系数为基准，采用FLAC3D强度折减法以及Slide极限平衡法，对某露天矿山高陡岩质边坡进行了优化设计。然而，目前对多种工程地质条件复合作用下的边坡安全系数研究尚少。

本研究以某露天矿7#采场扩帮终了边坡为研究对象，针对上部为排土场边坡、下部为露天采场边坡这一特殊工程地质条件，基于Janbu 法和Morgenstern-Price 法，利用Slide 岩土边坡分析软件，计算典型地质剖面的边坡安全系数，并参考非煤露天矿边坡工程技术规范，对扩帮终了边坡进行安全性分析。

1 工程概况

某露天矿7#采场现状最低开采标高为+2 250 m，最高开采标高为+2 388 m，台阶高度为10 m，安全平台宽度为3 m，现状露天采场南北长800 m，东西宽500 m。7#采场北部和西部已开采至矿体底板，底板坡度在15°～28°，底板岩性为白云岩。新探明的矿产资源位于7#采场南部，上部为堆放多年的排土场，南北向长约1.2 km，东西向宽约0.55 km，堆存标高为+2 390～+2 480 m，堆排台阶高度为20～30 m，最大约50 m。

根据设计文件可知，扩帮完成后，排土场台阶坡面角为38°，部分为原始坡面坡度（24°～32°），台阶高度为10 m，安全/清扫平台宽度为20 m。扩帮边坡台阶高度为10 m，台阶坡面角下盘为矿体倾角或60°，上盘为60°，第四系表土层台阶坡面角为50°，台阶宽度为5 m，清扫平台宽度为7 m，每隔2 个安全平台设置1个清扫平台。

堆放完成的排土场位于此次7#采场南扩境界内，当露采完成时，扩帮工程会造成边坡上部为排土场边坡、下部为露天采场边坡的复合型工程地质边坡。此类复合型的工程地质边坡较单一类型的工程地质边坡更易发生边坡失稳现象［6-7］。因此，对扩帮终了边坡开展稳定性分析尤为必要。

2 扩帮边坡稳定性分析

扩帮完成后的高陡边坡垂直高度达70 m，选取典型的地质坡面，采用Janbu 法和Morgenstern-Price法，借助岩土边坡分析软件Slide 对开采终了边坡进行计算分析。工程地质剖面位置如图1所示。

2.1 分析方案

在影响边坡安全的因素中，除边坡角、边坡高度等固定参数外，地下水、爆破振动和地震是威胁边坡安全的重要外部因素。故以自重应力、地下水、爆破振动和地震力为影响因素，设计不同荷载组合方案，分别计算不同地质剖面的安全系数，综合评价7#采场南扩边坡的稳定性。不同荷载组合方案如表1所示。

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2.2 计算参数选取

矿层为坚硬岩组，由致密状磷块岩、含砂白云质磷块岩、硅质磷块岩夹含磷白云岩组成，厚15.53～60.97 m。矿层顶板为坚硬岩组，由泥质白云岩、含磷白云岩、含云母粉砂泥质岩、页岩、含砾石英砂岩及白云岩夹泥质岩组成，厚76～138 m。矿层底板为坚硬至半坚硬岩组，由白云岩、泥质白云岩夹薄层燧石及粉砂质页岩组成，厚223 m左右。

参考地质报告，本次计算采用的岩层及排土场物理力学参数见表2。

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2.3 计算结果与分析

2.3.1 计算结果

采用Janbu 法和Morgenstern-Price 法对5 个概化的典型地质剖面扩帮终了边坡安全系数进行计算，结果见表3。I—I、IV—IV、V—V 剖面处已沿原始地形将上部堆弃排土全部清挖完毕，故仅计算开挖边坡稳定性；II—II 剖面分别计算了上部排土场与下部采场边坡稳定性安全系数；III—III 剖面由于在+2 320 m 标高下部为设计露天采场边坡，仅有2～3 层台阶，无需计算下部采场边坡，仅对上部排土场边坡稳定性进行了计算。由于篇幅有限，仅展示I—I剖面在3种工况下的边坡稳定性安全系数计算云图，如图2所示。

注：括号中为排土场部分边坡安全系数。

2.3.2 结果分析

在边坡工程设计中，安全系数一般取1.1～1.5。对于临时边坡，一般要求安全系数≥1.1，对于永久边坡或重要边坡，一般要求安全系数≥1.2。在露天矿山开采生产过程中所形成的边坡，考虑露天矿边坡特点，并兼顾安全经济开采的原则，允许边坡出现局部和可预见的垮塌，安全系数一般可以适当降低［8］。

参考《非煤露天矿边坡工程技术规范》（GB 51016—2014），非煤露天矿边坡工程的设计安全系数由边坡工程安全等级确定，边坡工程安全等级根据边坡危害程度和边坡高度确定。综合考虑该露天矿边坡危害程度和边坡高度，确定此露天矿7#采场开采终了边坡工程安全等级为III级，在此安全等级下，不同荷载组合下的边坡安全系数要求如表4所示。

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根据表3 边坡稳定性计算结果，该露天矿7#采场南扩露天采场设计边坡在工况I（自重+地下水）下，不同剖面安全系数均大于1.15，满足规范要求的1.10～1.15；在工况II（自重+地下水+爆破）下，计算边坡不同剖面安全系数均大于1.13，满足规范要求的1.08～1.13；在工况III（自重+地下水+地震）下，计算边坡剖面安全系数均大于1.10，满足规范要求的1.05～1.10。边坡最危险滑动面出现在排土场内部台阶处，表现为潜在的圆弧形滑动破坏模式。

3 结 论

7#采场南扩露天采场设计边坡在自重+地下水荷载组合下，剖面边坡安全系数均大于1.15；在自重+地下水+爆破荷载组合下，剖面边坡安全系数均大于1.13；在自重+地下水+地震荷载组合下，剖面边坡安全系数均大于1.10；均满足规范要求，说明此设计扩帮终了边坡处于安全状态。