D0I:10.13374/i.issn1001053x.2005.04.001 第27卷第4期 北京科技大学学报 Vol27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 大冶铁矿深凹露天开采最终边坡稳定性分析 宋卫东杜建华 谢正平马鹏娇 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083 摘要针对大治铁矿东露天最终边坡的工程地质条件，结合实际的开挖步骤与顺序，采用 极限平衡理论和有限差分数值模拟两种方法，从分析开挖卸荷引起的边坡岩体应力、位移和 塑性区变化规律入手，对最终边坡的整体稳定性进行计算分析.结果表明，边坡安全系数大 于125，基本处于稳定状态.三个计算剖面上，由开挖引起的应力、位移和塑性区的分布和变 化规律基本一致，回填体不仅提高了边坡的稳定性，还为转入地下开采提供了所需的安全覆 盖层厚度 关键词露天矿：安全生产；边坡：稳定性 分类号TD214,1 大冶铁矿自西向东有六大体，其中象鼻 尚未形成较为成熟的工艺和理论.结合大冶铁矿 山、狮子山、尖山原为露天开采，现狮子山和尖山 东露天开采，分别采用极限平衡理论和有限差分 -168m标高以上露天采场境界外的矿体转为地 数值模拟方法进行最终边坡的稳定性研究，为下 下开采.所形成的高陡边坡深凹露天坑东西长约 一步确定露天转地下开采的错动边界提供理论 2400m,南北宽约1000m.狮子山矿段露天坑底 依据，以便采取相应工程措施以指导安全生产. 标高为-48m,现已回填到士0m形成转载场.露 天坑上盘标高一般170-270m,下盘为86-200m, 1边坡稳定性计算及分析 边坡角一般为38~43°，局部到53°，垂直高度230 1.1计算剖面和岩体力学参数选取 430m. 将边坡稳定性计算简化为平面应变问题，根 大治铁矿东露天经过“七五”和“八五”科技 据如下条件选取剖面：(1)计算剖面的选取要尽量 攻关，采取了陡帮开采等一系列技术.目前这些 垂直于边坡坡面：(2)不要增加过多的地质调查和 边坡受地质构造和大气降水等多因素的影响，造 填图的工作量，尽量采用前面已有的成果：(3)剖 成整体稳定性下降，而且局部已经发生了较大规 面要与下部采准工程建立必要的联系，要符合露 模的坍塌破坏.在这种情况下，又在其坡角和底 天转地下总体研究的要求. 部进行无底柱分段崩落法开采，无疑将对露天边 坡的稳定性产生极其严重的影响，有造成大面积 根据以上条件，选取了五个地质剖面，分别 岩体滑动或崩塌，并形成采场冲击地压的可能 为-1，-2，-3，V和剖面，其中-2剖面如图1 所示.采用的岩体力学计算参数见表1. 性.例如，铜官山矿西部矿体上盘边坡，由于坑内 1.2极限平衡理论计算结果 房间矿柱采用深孔崩落回采而发生陷落移动，折 本文采用启明星SLOP1.0边坡稳定性分析软 腰山铜矿曾发生过1×10m大滑坡，对安全生产 产生重大影响. 件，计算包括瑞典圆弧法和简化Bishop法两种算 法.计算结果见表2. 高陡边坡深凹露天矿转地下开采是一个新 课题，国内虽对部分问题进行过研究"”，但至今 从表2看出，平均的边坡安全系数在125~ 1.58之间，其中稳定性最差的是-3剖面的上盘 收稿日期：200410-29修回日期：200401-10 基金项目：教育部"新世纪优秀人才支持计划"资助项目No 边坡，安全系数为125，稳定性最好的是-3剂面 NCET-04-0102) 的下盘边坡，安全系数为1.58.但五个剖面上下 作者简介：宋卫东(1966一)，男，副教授，博士 盘的安全系数均大于最低的许用值12，说明大第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 大冶铁矿深 凹 露天开采最终边坡稳定性分析 宋 卫 东 杜 建华 谢正 平 马 鹏 娇 北 京 科技大学 金 属 矿 山 高效 开采 与安 全教育部 重 点实验 室 ， 北京 摘 要 针 对 大 冶 铁矿 东 露 天 最 终 边 坡 的工 程 地质 条 件 ， 结 合 实 际 的开 挖 步骤 与顺 序 ， 采 用 极 限平 衡 理 论和 有 限差 分 数值模 拟 两种 方 法 ， 从 分 析 开 挖 卸 荷 引起 的边坡 岩 体应 力 、 位 移 和 塑 性 区 变 化 规 律入 手 ， 对最 终边坡 的整 体稳 定 性进 行 计 算分 析 结果 表 明 ， 边 坡 安 全 系 数 大 于 ， 基 本 处 于 稳 定状 态 三 个计 算剖面 上 ， 由开 挖 引 起 的应力 、 位 移 和 塑 性 区 的分布和 变 化规律 基本 一 致 回填 体 不 仅 提 高 了边 坡 的稳 定 性 ， 还 为 转入地 下 开 采 提供 了所 需 的安全覆 盖 层 厚度 关键 词 露 天矿 安全 生 产 边 坡 稳 定 性 分 类 号 大 冶 铁 矿 自西 向东 有 六 大 矿 体 ， 其 中象 鼻 山 、 狮 子 山 、 尖 山 原 为 露 天 开采 ， 现狮 子 山和 尖 山 一 标 高 以上 露 天 采 场 境 界 外 的矿 体 转 为地 下 开采 所 形成 的高 陡边 坡 深 凹 露 天 坑 东西 长 约 ， 南 北 宽 约 狮 子 矿 段 露 天 坑 底 标 高 为 一 ， 现 已 回填 到士 形 成 转 载 场 露 天 坑 上 盘 标 高 一 般 一 ， 下 盘 为 一 ， 边 坡 角 一般 为 礴 ， 局 部 到 “ ， 垂 直 高度 · 大 冶 铁 矿 东 露 天 经 过 “ 七 五 ” 和 “ 八 五 ” 科 技 攻 关 ， 采 取 了 陡帮 开 采 等 一 系 列 技 术 目前 这 些 边 坡 受 地质 构造 和 大 气 降水 等 多 因素 的影 响 ， 造 成 整 体稳 定 性 下 降 ， 而 且 局 部 己 经 发 生 了较 大 规 模 的坍 塌 破 坏 在 这 种 情 况 下 ， 又 在 其 坡 角 和 底 部 进 行 无 底 柱 分 段 崩 落法 开采 ， 无 疑将对 露 天 边 坡 的稳 定 性 产 生极 其 严 重 的影 响 ， 有 造成 大 面积 岩 体 滑 动 或 崩 塌 ， 并 形 成 采 场 冲 击 地 压 的 可 能 性 例 如 ， 铜 官 山矿 西 部矿 体上 盘 边 坡 ， 由于 坑 内 房 间矿 柱采 用 深 孔崩 落 回采 而 发 生 陷落 移 动 ， 折 腰 山铜 矿 曾发 生 过 ‘ 大 滑 坡 ， 对 安 全 生 产 产 生 重 大 影 响 高 陡边 坡 深 凹 露 天 矿 转 地 下 开 采 是 一 个 新 课题 ， 国 内虽 对 部 分 问题 进 行 过 研 究 ‘ 一 ， 但 至 今 收稿 日期 一 修 回 日期 】 一 基金 项 目 教育 部 ” 新世 纪 优 秀人 才 支持 计划 ” 资助 项 目 。 叮 一 叫 作 者 简介 宋 卫 东 “ 一 ， 男 ， 副 教 授 ， 博 士 尚未 形成 较 为成 熟 的工 艺和 理 论 结合 大 冶铁矿 东 露 天 开采 ， 分 别采用 极 限平 衡 理 论和 有 限差 分 数 值 模 拟 方法进行 最 终边 坡 的稳 定性研 究 ， 为 下 一 步 确 定 露 天 转 地 下 开 采 的错 动 边 界 提 供 理 论 依 据 ， 以便 采 取 相 应 工 程 措 施 以指 导 安全 生产 边 坡 稳 定 性 计 算 及 分 析 计 算 剖 面 和 岩 体 力学参 数 选 取 将 边 坡 稳 定性 计 算 简化 为平 面应 变 问题 ， 根 据 如 下 条件 选 取 剖 面 计 算 剖 面 的选取 要 尽 量 垂 直 于边坡 坡 面 不 要 增 加 过 多 的地 质调 查和 填 图 的工 作 量 ， 尽 量 采 用 前 面 已 有 的成 果 剖 面 要 与 下 部采 准 工 程 建 立 必 要 的联 系 ， 要 符合 露 天 转 地 下 总 体研 究 的要 求 根 据 以上 条件 ， 选 取 了五 个 地 质 剖 面 ， 分别 为 ， 一 ， 一 ， ’和 ，剖 面 ， 其 中 一 剖 面 如 图 所 示 采 用 的岩 体 力 学 计 算 参 数 见 表 极 限 平 衡 理 论 计 算 结 果 本 文 采 用 启 明星 边坡稳 定性 分析 软 件 ， 计 算 包 括 瑞 典 圆弧 法 和 简化 叩 法 两种 算 法 计 算 结 果 见 表 从 表 看 出 ， 平 均 的边 坡 安 全 系 数 在 一 之 间 ， 其 中稳 定 性 最 差 的是 剖 面 的上 盘 边 坡 ， 安 全 系 数 为 ， 稳 定 性 最 好 的是 卜 剖 面 的下 盘 边 坡 ， 安 全 系 数 为 但 五 个 剖面 上 下 盘 的安 全 系 数 均 大 于最 低 的许 用 值 ， 说 明大 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．04．001