一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法

技术领域

本发明涉及露天矿边坡稳定性技术领域，具体说，涉及一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法。

背景技术

随着露天矿山的开挖，整体边坡高度不断增加，边坡受到一系列断层、裂隙的控制而形成潜在滑移面，具有一定的安全隐患。对于露天矿边坡的潜在滑移面一般采取长锚杆、锚索、注浆等方式加固，但是随着时间的推移，露天矿开采深度加大，加固区域受到爆破震动、岩层风化、地下水的影响，从而形成新的潜在滑移面，影响下部开采。

因此，对于露天矿潜在滑移边坡采用扩帮治理方法，使边坡避开断层、裂隙较多区域，保证露天矿边坡的长期稳定性，是十分必要的。而截止目前，对于边坡的扩帮处理，都是采用统一的边坡扩帮线进行处理。而边坡通常可能延绵数公里，在这么长的距离上都采用统一的边坡扩帮线不能区分对待边坡在不同区域位置的工程地质、水文地质、岩体力学等不同特性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法，对于露天矿开采过工程中，边坡长期临空，受到一系列节理、断层、风化控制，岩体风化与地下水的影响，造成边坡存在潜在滑移面，通过对潜在滑移边坡进行扩帮治理，保证矿山开采的安全性。

为了实现上述目的，本发明提供一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法，包括：

对潜在滑移边坡根据评价指标在边坡走向上进行分区，形成边坡分区；

对每一个边坡分区采用多组扩帮距离和边坡角数据计算获得按每组扩帮距离和边坡角扩帮后边坡对应的稳定性安全系数；

选择大于设定安全系数的稳定性安全系数，并基于经济合理剥采比，确定边坡分区最优扩帮距离、最优边坡角；

将各边坡分区的最优扩帮距离、最优边坡角构成的相邻的扩帮边坡线连接，形成潜在滑移边坡扩帮治理境界。

可选地，所述评价指标包括工程地质指标、水文地质指标、矿山爆破活动指标、现有地质灾害类型指标、岩体力学参数指标、单轴抗压强度。

可选地，工程地质指标包括断层贯穿边坡、岩体松散破碎，断层部分切割边坡或褶皱、岩体嵌状破碎或块状结构，层状结构或褶皱、岩体厚层状，无褶皱断层、岩体巨厚层状；

水文地质指标包括地下潜水层穿过对边坡的影响程度；

矿山爆破活动指标包括爆破作业频繁程度以及距离边坡的距离；

现有地质灾害类型指标包括边坡滑塌程度；

岩体力学参数指标采用RQD值分类；

单轴抗压强度指标分为危级<50Mpa，险级50～100Mpa，正常级100～200Mpa，优级>200Mpa。

可选地，所述对潜在滑移边坡根据评价指标进行分区，形成边坡分区，包括：

对边坡按照设定大小划分为多个预分区，对各预分区按照所述评价指标进行预评价，根据预评价的结果将相同类型的相邻预分区进行合并，形成边坡分区。

可选地，所述对每一个边坡分区采用多组扩帮距离和边坡角数据计算获得按每组扩帮距离和边坡角扩帮后边坡对应的稳定性安全系数，包括：采用以下公式对每组扩帮距离和边坡角数据计算获得按每组扩帮距离和边坡角扩帮后边坡对应的稳定性安全系数

式中：F

可选地，所述选择大于设定安全系数的稳定性安全系数，并基于经济合理剥采比，确定边坡分区最优扩帮距离、最优边坡角，包括：

当边坡分区的剥采比大于经济合理剥采比时，选取使得采剥量最少的扩帮距离、边坡角作为最优扩帮距离、最优边坡角；

当边坡分区剥采比小于经济合理剥采比时，选取使得采剥量最大的扩帮距离、边坡角作为最优扩帮距离、最优边坡角。

可选地，若相邻边坡分区的所述扩帮边坡线的扩帮距离的差值大于所述相邻边坡分区的扩帮后的任一边坡台阶宽度时，则从所述多组扩帮距离和边坡角中重新选择扩帮距离与边坡角，并结合设定安全系数和经济合理剥采比重复优选，获得最优扩帮距离、最优边坡角，直到相邻边坡分区的扩帮边坡线的扩帮距离的差值小于等于所述相邻边坡分区的扩帮后的任一边坡台阶宽度时，从而形成最终的潜在滑移边坡扩帮治理境界。

可选地，对于每个边坡分区，利用所述多组扩帮距离和边坡角数据以及对应的稳定性安全系数构建三维曲面，若相邻边坡分区的所述扩帮边坡线的扩帮距离的差值大于所述相邻边坡分区的扩帮后的任一边坡台阶宽度时，则利用所述三维曲面重新选择点坐标作为扩帮距离与边坡角，并结合设定安全系数和经济合理剥采比重复优选，获得最优扩帮距离、最优边坡角，直到相邻边坡分区的扩帮边坡线的扩帮距离的差值小于等于所述相邻边坡分区的扩帮后的任一边坡台阶宽度时，从而形成最终的潜在滑移边坡扩帮治理境界。

如上所述，本发明的一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法，有效益如下：

1)扩帮治理方案相较于加固与小范围剥离，具有更高的安全性，同时避免治理后的长时间维护，减少人力与施工成本。

2)提供多种潜在滑移边坡的扩帮治理方案，从中优选扩帮边坡线，能够在满足边坡安全稳定的前提下，减少扩帮的采剥成本。

3)综合考虑工程地质、水文地质、岩体力学参数、矿山爆破活动、现有地质灾害类型等影响，划分边坡分区来提供扩帮边坡线，能够适应边坡走向上不同地质情况。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。

图1是表示本发明实施例的露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法的流程示意图；

图2是表示本发明实施例的边坡角、扩帮距离、稳定性安全系数构建的三维曲面示意图；

图3是表示本发明实施例的在垂直于边坡走向的剖面图；

图4是表示本发明实施例的相邻边坡分区的扩帮距离的差值与扩帮后的边坡台阶宽度的示意图。

具体实施方式

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。

如图1所示，本发明的一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法，主要包括：

步骤S1，对潜在滑移边坡根据评价指标在边坡走向上进行分区，获得多个边坡分区。

图3所示为垂直于边坡走向的一个剖面图，在垂直于纸面的方向上，也就是沿边坡走向上划分出一系列边坡分区。

具体地，对边坡岩体进行分类分区，主要通过评价指标确定，主要评价指标包括工程地质、水文地质、岩体力学参数、矿山爆破活动、现有地质灾害类型等。

具体的说，工程地质指标可以分为断层贯穿边坡、岩体松散破碎，断层部分切割边坡或褶皱影响大、岩体嵌状破碎或块状结构，层状结构或褶皱影响小、岩体厚层状，无褶皱断层、岩体巨厚层状。

水文地质指标可以分为地下潜水层穿过边坡长期受水体影响，地下潜水层穿过部分边坡受水体影响，无地下潜水层穿过，雨季边坡受水体影响，边坡不受水体影响。

岩体力学参数指标主要采用RQD值分类，

岩体力学参数指标采用RQD值分类，分为差0～30、较好30～60、好60～90、很好90～100；

单轴抗压强度指标分为危级<50Mpa，险级50～100Mpa，正常级100～200Mpa，优级>200Mpa。

矿山爆破活动指标可以分为爆破作业频繁且距离边坡较近，爆破作业较少且距离边坡较近，爆破作业较少且距离边坡较远，爆破对边坡无影响。具体的较近、较远可以根据爆破影响半径划分，在爆破影响半径内，则视为较近，在爆破影响半径外，则视为较远。具体爆破影响半径的计算方法，在此不做讨论。

现有地质灾害指标可以分为存在大范围的边坡滑塌边坡变形较大，局部边坡存在滑塌边坡安全无明显变形。具体可以按照边坡滑塌比例来判定，如边坡滑塌占边坡分区的百分50。

需要说明的是，在具体的评价过程中，边坡各个区域安全隐患的形成机制未知，需要对边坡整体按照一定的范围进行预分区，对预分区的边坡进行评价；根据预评价的结果，将相同类型的相邻边坡预分区进行合并，形成最终的边坡分区。

步骤S2，对每一个边坡分区进行不同扩帮距离，边坡角的数值计算，并获得相应的扩帮边坡稳定性安全系数，可以采用普遍条分法。

如图3所示，可以看出，对于一个边坡分区，可以具有不同的扩帮距离和边坡角。其中，扩帮距离是指在垂直边坡走向的剖面上，从原始边坡的坡顶线向内侧水平挖除的距离W1。边坡角θ是指在垂直边坡走向的剖面上边坡的外边线与水平线的夹角。

普遍条分法的公式如下：

式中：F

以上公式是对边坡分区在利用扩帮距离和边坡角扩帮后，计算扩帮后边坡的稳定性安全系数。如图3中，在按照扩帮距离W1和边坡角θ扩帮后，利用普遍条分法获得扩帮后的边坡的稳定性安全系数，多组扩帮距离和边坡角就分别获得对应的稳定性安全系数。

步骤S3，对每一个边坡分区，采用多组扩帮距离、边坡角和对应的稳定性安全系数构建三维曲面，如图2所示，扩帮距离确定x轴的数值，边坡角确定y轴的数值，稳定性安全系数确定z轴的数值，从而构成三维点坐标。多组扩帮距离、边坡角，对应稳定性安全系数就形成一系列的三维点坐标，这些点坐标相互圆滑形成三维曲面(如图2所示)，从而确定边坡分区不同扩帮距离、边坡角的边坡稳定性变化趋势。

步骤S4，依据设定安全系数的要求，选择大于设定安全系数的稳定性安全系数对应的扩帮距离与边坡角，并基于经济合理剥采比，确定边坡分区最优扩帮距离与最优边坡角。

具体的说，在满足扩帮治理边坡安全的前提下，存在多种扩帮方案的选择，需要通过经济合理剥采比与采矿成本确定。

当扩帮治理区域剥采比大于经济合理剥采比时，说明改区域矿石量少、岩石量多，治理过程中矿山的持续投入大于收入，为了减少成本，应尽可能选取采剥量少的方案。

当扩帮治理区域剥采比小于经济合理剥采比时，说明改区域矿石量多、岩石量少，治理过程中矿山的持续投入小于收入，为了增加盈利，应尽可能选取采剥量大的方案。

需要具体说明的是，边坡分区确定的扩帮距离与边坡角需要满足国家相关标准的规定。

步骤S5，将相邻边坡分区的所述最优扩帮距离与最优边坡角构成的扩帮边坡线连接，形成潜在滑移边坡扩帮治理境界。

利用最优扩帮距离与最优边坡角可以形成各边坡分区的扩帮边坡线(如图3中的扩帮距离和边坡角的虚线连接成扩帮边坡线)，将相邻的扩帮边坡线相连即可形成潜在滑移边坡扩帮治理境界。

进一步地，不同边坡分区的扩帮距离与边坡角存在差异，需要进一步整合形成统一的边坡台阶线。在整合过程中，可能会出现部分相邻边坡分区的扩帮边坡线的差距较大，当相邻边坡分区的扩帮边坡线的扩帮距离的差值大于所述相邻边坡分区的扩帮后的任一边坡台阶宽度时，返回步骤S3，根据所述三维曲面重新选择扩帮距离与边坡角，并在步骤S4进行优选。如图4中所示的相邻边坡分区的扩帮距离W1与扩帮距离W3，其差值小于这两个边坡分区中按照扩帮距离W1扩帮后的边坡台阶宽度W2，则不需要返回步骤S3再进行优选。

具体的，利用前述的各边坡分区的扩帮距离、边坡角和稳定性安全系数构成的三维曲面来处理。所述三维曲面是利用离散点圆滑形成的，在离散点使得相邻边坡分区的扩帮边坡线的差距较大的情况下，在所述三维曲面上选择点坐标作为新的扩帮距离与边坡角，并从其中再次优选。从而保证相邻边坡分区的扩帮距离与边坡角相互衔接适当，直到相邻边坡分区的扩帮边坡线的差距小于设定的限值，从而形成最后的潜在滑移边坡扩帮治理境界。

总之，本发明的一种露天矿潜在滑移边坡的扩帮治理方法，通过一系列的数值计算与分析，可以获得精准的扩帮距离、边坡角数据，相对于传统方法，减少了扩帮治理采剥总量，降低生产成本，提高矿山生产效益。