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非煤露天矿山主要风险及安全管理(二)

时间:2017-05-18 13:56来源:Admin5 编辑:风险管理研究所 点击:
      4)边坡主要破坏风险的原因
      任何岩体工程的开挖,都将改变原岩应力的分布,导致岩体的移动和变形,对边坡岩体产生破坏作用,影响其稳定性。影响露天矿边坡失稳的因素较多,其中岩体的岩石组成、水文地质条件和地下水是最主要的因素。此外,爆破和地震、边坡形状等也有一定影响。
      (1)岩石的组成
     岩石中主要造岩矿物包括,正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、挥石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿、褐铁矿等。岩石中所含矿物的稳定性是影响岩石抗风化能力的重要因幕,矿物的属性也在一定程度上影响岩石的强度。某些沉积岩中,含有粘土矿物或易溶矿物,使岩石的工程地质性质弱化和复杂性。
     岩石的矿物成分和结构构造对岩石的工程地质性质起主要作用,通常,强度高的岩石边坡稳定性也高,片理、层理发育的岩石边坡稳定性相对较差。
     (2)岩体结构
     岩石结构是指岩石中矿物颗粒相互之间的关系,包括颗粒的大小、形状、排列和结构连接特点,其中结构连接对岩石性质的影响最大。岩石中的结构连接有结晶连接和胶结连接两种。
     结晶连接是岩石中的矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起,如岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩是属于结晶连接,这种连接使结晶颗粒之间紧密接触,岩石强度一般较大,但随结构的不同而有一定的差异。总的来说,晶粒越细、越均匀、玻璃质越少,则岩石强度越高。胶结连接是指颗粒与颗粒之间通过胶结物胶结在一起的连接。岩石强度和胶结物成分有密切关系。硅质、铁质胶结强度较高,钙质次之,而泥质胶结强度最低。
     影响边坡稳定的岩体结构因素主要包括下列3个方面:
     ①结构面的倾向和倾角。一般同向缓倾边坡(结构面倾向和边坡坡面倾向一致,倾角小于坡角)的稳定性较反向坡差;同向缓倾坡中,岩层倾角愈陡,稳定性愈差;水平岩层稳定性较好。
     ②结构面的走向。当倾向不利的结构面走向和坡面平行时,整个坡面都具有临空自由滑动的条件,对边坡的稳定不利;结构面走向与坡面走向夹角愈大,对边坡的稳定愈有利。
     ③结构面的不连续性。在边坡稳定计算中,通常假定结构面是连续的,实际并非如此,因此,在解决实际工程问题时,认真研究结构面的不连续性,具有现实意义。
     (3)地下水的影响
     露天矿的滑坡多发生在雨季或解冻期间,说明地下水对边坡稳定性的影响是很显著的。地下水活动引起岩体蠕变和表土流动变形,降低岩体强度并增大边坡失稳概率。水对边坡的不利影响主要表现在以下几个方面:
     ①静水压力使得边坡滑体的滑动力增加且抗滑力减小,因而从边坡稳定性角度考虑,降低了边坡稳定性系数,对边坡稳定性不利。
     ②由地下水作用产生的动水压力,作用在边坡岩体上推动岩体向下滑动。
     ③粘土质岩体和节理、裂隙发育的岩体,随含水量的增加,静水压力使饱水岩体受到浮力而产生浮重。
     (4)爆破、震动的影响
     爆破技术的发展给采矿作业带来巨大的便利,却也造成了一些安全问题。爆破技术被广泛运用到采矿作业当中,露天矿边坡的稳定性相当容易受到影响;爆破会产生振动,也正是这些爆破技术运用所引发的振动,使露天矿边坡失去了原有的稳定性。
     露天矿爆破作业对边坡稳定性的影响,一是爆破震动力增加了边坡的滑动力,二是爆破作用破坏边坡岩体,露天矿山多采用垂直深孔爆破法,这种爆破方法形成的露天矿最终边坡岩体破坏严重,易受风化、水的渗流等影响而降低稳定性。同时,这种方法形成的边坡表层岩石破碎强烈,易剥落崩塌,使安全平台、清扫平台等不能保持正常宽度,甚至使数个台阶成为一连续高坡,边坡安全系数大为降低。也可能在爆破震动力和岩体破坏、强度降低的共同影响下使边坡稳定性降低。
     爆破振动对岩体造成的损害取决于岩体振动速度的大小,而岩体振动速度的大小又与爆破所用的炸药量、爆破中心至边坡的距离、岩石性质及地质条件有关。为了保证边坡稳定,要求在基建期间少用大爆破,在生产中限制一次爆破的炸药量。在靠近最终边坡时,要采用控制爆破技术等减震措施。
     露天矿台阶上机车、汽车的运行和挖掘机的作业的震动力对露天矿整体边坡的稳定性影响,有时也会触发局部台阶的滑动。
     (5)边坡几何形状
     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,这是因为一般突向采场的边坡易受拉而破坏,不利于边坡的稳定。
     根据岩石强度的一般概念,通常认为边坡的平面形状对边坡岩体的应力状态有影响。当边坡向采场凸出时,岩石侧向受拉力,由于岩石是抗拉性能很差的材料,所以在这种条件下边坡稳定条件就差。当边坡向采场凹进时,边坡岩石侧向受压力作用,故这种形式的边坡比较稳定。同理,圆形近于圆形的露天矿边坡比矩形等其它形状的露天矿边坡的稳定条件好。
     (6)风化作用
     风化作用使原生结构面和构造结构面的规模增大,条件恶化,并可以产生风化裂隙等次生结构面;同时长时间的风化作用还会使岩石自身强度有所降低尤其对一些抗风化性能较差的软岩,降低更多。因此,长时间的风化作用势必对边坡稳定产生不利影响。
     边坡岩体的风化速度和风化程度是比较复杂的问题。一般来说,岩石风化受自身成分、结构构造、后期蚀变和构造作用的影响,强度较弱的和破碎的岩石,其风化的速度也快,同时,湿度、温度、降雨、地下水和爆破震动的作用也加快了风化速度。同样的岩石在寒带地区风化速度比热带地区要缓慢。温差变化大、降雨量较多的地区,岩石风化速度也会加大。开采年限较长的露天矿,其边坡岩体的风化破坏程度比年限短的露天矿严重,在同一个露天矿,同样的岩性,上部边坡比下部边坡风化程度要大,稳定条件也相应降低。



 
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