【正文】 少剝離量 － ， 節(jié)省成本 1－ 3億元 ， 經(jīng)濟(jì)效益極為顯著 。 ? 這是一把雙刃劍 。 ? 我國大型露天礦同國外相比 ， 邊坡角普遍偏緩 5?左右 。 邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計優(yōu)化 ? 國內(nèi)外邊坡設(shè)計的傳統(tǒng)方法是極限平衡法 ， 這是一種確定性的分析方法 ， 而且沒有考慮地應(yīng)力的作用 ， 因而該方法對山坡露天礦設(shè)計是適用的 ， 但對深凹露天礦設(shè)計并不適用 。 ? 深凹露天礦邊坡設(shè)計優(yōu)化：采用數(shù)值模擬和極限平衡分析相結(jié)合的方法 。 對不同邊坡角和邊坡設(shè)計方案進(jìn)行定量的計算和分析 ， 在保證安全的前提下 ， 盡可能地提高邊坡角 ，減少剝離量 ， 盡可能地減少生產(chǎn)成本 ， 增加礦石產(chǎn)量和礦山效益 。 工程實例：大型深凹露天礦高效運輸系統(tǒng)及強化開采技術(shù)研究 ? 完成的主要研究內(nèi)容： 1. 水廠鐵礦邊坡工程地質(zhì)勘查研究 2. 水廠鐵礦邊坡水文地質(zhì)調(diào)查與滲流場分析研究 3. 水廠鐵礦地應(yīng)力測量 4. 水廠鐵礦礦巖物理力學(xué)性質(zhì)試驗 5. 水廠鐵礦邊坡穩(wěn)定性分析及優(yōu)化設(shè)計 6. 水廠鐵礦邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測與分析 水廠鐵礦邊坡工程地質(zhì)勘查與試驗研究 完成的主要工作 ： ? 邊坡專門工程地質(zhì)測繪 ， 實際上圖測點 345個； ? 邊坡深部工程地質(zhì)勘探 ， 共打?qū)ｉT邊坡補勘鉆孔 3個 ， 累計進(jìn)尺 ； ? 采場臺階邊坡穩(wěn)定性調(diào)查； ? 邊坡巖體節(jié)理裂隙測量統(tǒng)計 ， 布置節(jié)理裂隙測點 30個 ， 實測數(shù)據(jù) 2349條； ? 現(xiàn)場巖石點載荷強度試驗 ， 共計 1420塊 。 （ 1）邊坡巖體工程地質(zhì)巖組的劃分 1) 紫蘇混合花崗巖組 2) 輝石斜長片麻巖組 3) 紫蘇黑云斜長片麻巖組 4) 磁鐵石英巖組 5) 矽線黑云斜長片麻巖組 6) 長石石英砂巖組 7) 礫巖組 8) 火山熔巖組 9) 火山碎屑巖組 10) 松散巖組 11) 構(gòu)造巖組 （ 2）結(jié)構(gòu)面（斷層） 1） 一級結(jié)構(gòu)面：具有區(qū)域規(guī)模的大型斷裂面 ， 屬一級結(jié)構(gòu)面的斷層有黃金寨大斷裂 （ Fhj） 、 劉官營大斷裂 （ Flg） 和將軍墓嶺大斷裂 （ F將 ） 三條 。 2） 二級結(jié)構(gòu)面：為在采場內(nèi)影響范圍較大 ， 甚至貫穿整個采場的中型斷裂構(gòu)造 ， 共 10條 。 3） 三級結(jié)構(gòu)面：影響范圍在工程地質(zhì)分區(qū)內(nèi)的斷層 ， 部分可能跨兩個分區(qū) ， 屬三級結(jié)構(gòu)面的斷層有 15條 。 4） 四級結(jié)構(gòu)面：為影響的范圍較小的小型結(jié)構(gòu)面 ， 包括未予命名的小斷層和大量的大節(jié)理 。 5） 五級結(jié)構(gòu)面：是能夠引起邊坡破壞的最小型的結(jié)構(gòu)面 ， 包括小型的裂隙 、 節(jié)理 、 劈理 、 片理 、 片麻理等 。 （ 3）巖體結(jié)構(gòu) 礦區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)主要分為四個類型： 1)塊狀結(jié)構(gòu) 塊狀結(jié)構(gòu)的巖體完整性好 ,結(jié)構(gòu)體為塊體 ,其中的不連續(xù)面主要為節(jié)理面 ,且節(jié)理或裂隙的貫通性差 ,巖體強度高或相對較高 。 2） 層狀結(jié)構(gòu) 礦區(qū)內(nèi)多數(shù)巖體屬于此種結(jié)構(gòu)類型 。 該類巖體具有清楚的層面 ， 其力學(xué)特征各向異性明顯 ， 巖體的變形和破壞一般受層面 、層間錯動帶和軟弱夾層的控制 。 3） 碎裂結(jié)構(gòu) 碎裂結(jié)構(gòu)的巖體完整性差 ， 呈規(guī)則和不規(guī)則的碎塊狀 ，此系遭受層面 、 節(jié)理面 、 裂隙面 、 劈理面等不連續(xù)面交錯切割所至 。 4） 散體結(jié)構(gòu) 具散體結(jié)構(gòu)巖體的完整性已經(jīng)完全喪失 ， 由于強烈的風(fēng)化作用 ， 使原巖遭受嚴(yán)重破壞 ， 巖石呈形狀不規(guī)則的塊狀體混雜在較多的土狀物中 ， 或由松散層構(gòu)成 。 （ 4）邊坡破壞模式分析： （ 1） 平面破壞 ① 簡單平面破壞 ， ② 復(fù)合型平面破壞 ， ③ 多平面階梯狀破壞 ， ④ 波狀平面破壞 。 （ 2） 圓弧型破壞 （ 3） 楔形破壞 （ 4） 傾倒破壞 （ 5） 崩塌破壞 采場單一平面破壞 采場復(fù)合型平面破壞 采場階梯狀破壞 采場波狀平面破壞 采場圓弧形破壞 采場楔形破壞 采場傾倒破壞 采場崩塌破壞 （ 5）邊坡工程地質(zhì)分區(qū) 工程地質(zhì)分區(qū)劃分依據(jù)如下： (1)工程地質(zhì)巖組特征； (2)巖體結(jié)構(gòu)特征； (3)巖體不連續(xù)面特征； (4)采礦設(shè)計及邊坡方位特征 。 依據(jù)上述原則 ， 將礦區(qū)劃分為 IV五個工程地質(zhì)區(qū) ，其中 Ⅰ 區(qū)又分為 Ⅰ A、 Ⅰ B兩個亞區(qū) 。 水廠鐵礦邊坡水文地質(zhì)調(diào)查與滲流場分析研究 1） 深部邊坡補充鉆探水文地質(zhì)試驗 2023年 12月～ 2023年 7月 ， 首鋼地質(zhì)勘查院地質(zhì)研究所完成了 KD KB、 KE1三個鉆孔邊坡鉆探及水文地質(zhì)試驗工作 。 完成工作量一覽表 鉆孔 鉆探 施工 (米 ) 簡易水文觀測 (臺班 ) 水文地質(zhì)編錄 (米 ) 工程地質(zhì)編錄 (米 ) 注水 試驗 (次 ) 壓水 試驗 (次 ) 備 注 KD1 50 2 6 壓水試驗同一深度三個壓力段為一次 KB 30 2 7 KE1 30 1 7 合計 110 5 20 注水試驗：測定巖石的滲透系數(shù)；壓水試驗：測定巖石的透水率。 2）邊坡滲流場分析 滲流分析模型 ： 等效連續(xù)介質(zhì)模型 計算分析方法： 有限單元法 結(jié)果分析： 1） 通過對邊坡地下水滲流模型的建立 ， 以鉆孔實測水位資料和灤河水位為依據(jù) ， 對水廠鐵礦最終境界位置時邊坡水壓分布作出了預(yù)報 ， 為后續(xù)邊坡穩(wěn)定性的優(yōu)化和計算提供了必要的水壓參數(shù) 。 2） Ⅱ 區(qū)剖面邊坡巖體內(nèi)地下水位比較高 ， 且出水點位于第三系巖層附近 ， 對邊坡的穩(wěn)定不利 ， 應(yīng)給予足夠重視 。 3） 由于邊坡地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性 ， 在邊坡局部可能形成具有承壓性的封閉的儲水構(gòu)造 ， 在礦山生產(chǎn)過程中要給予注意 。 水廠鐵礦地應(yīng)力測量 (1) 水壓致裂法 ?h .m a x?h .m i n?v1 8 3 . 3 6 ~ 8 3 . 9 6 2 . 1 6 1 . 6 6 2 . 2 12 1 1 6 . 0 7 ~ 1 1 6 . 6 7 6 . 6 8 4 . 0 8 3 . 0 7 77 ?3 1 5 5 . 3 8 ~ 1 5 5 . 9 8 1 1 . 9 3 6 . 9 8 4 . 1 1 88 ?4 1 8 1 . 5 3 ~ 1 8 2 . 1 3 1 2 . 6 5 7 . 8 3 4 . 85 2 3 2 . 5 4 ~ 2 3 3 . 1 4 1 4 . 7 9 9 . 2 5 6 . 1 51 2 6 5 . 1 8 ~ 2 6 5 . 7 8 9 . 2 8 5 . 9 6 7 . 0 22 2 7 4 . 5 1 ~ 2 7 5 . 1 1 9 . 7 9 6 . 2 6 7 . 2 6 70 ?3 3 0 2 . 4 1 ~ 3 0 3 . 0 1 1 3 . 2 1 8 81 1 1 8 . 8 7 ~ 1 1 9 . 4 7 6 . 0 7 3 . 9 6 3 . 1 5 77 ?2 1 4 7 . 5 2 ~ 1 4 8 . 1 2 7 . 3 5 4 . 6 5 3 . 93 1 8 5 . 9 0 ~ 1 8 6 . 5 0 9 . 5 3 5 . 4 2 4 . 9 2KBKDKE破裂方位 /176?？滋?序號 壓裂段深度 / m應(yīng)力值 / M P a(2)應(yīng)力解除法 測 點 測點 埋深 (m) 最大水平主應(yīng)力? 最小水平主應(yīng)力 ? 垂直主應(yīng)力 ?v 數(shù)值 方向 傾角 數(shù)值 方向 傾角 數(shù)值 方向 傾角 (MPa) ( ?) ( ?) (MPa) ( ?) ( ?) (MPa) ( ?) ( ?) 1 81 2 3 56 地應(yīng)力值與深度的關(guān)系 （ 1）最大水平主應(yīng)力的回歸方程為： Hh ax, ???（ 2）最小水平主應(yīng)力的回歸方程為： Hh in, ???（ 3）垂直主應(yīng)力值的回歸方程為： Hv ???（ MPa） （ MPa） （ MPa） 邊坡穩(wěn)定性分析與設(shè)計優(yōu)化 ▲ 水廠鐵礦邊坡穩(wěn)定性分析和設(shè)計優(yōu)化采用固流耦合有限差分法 (FLAC)、離散單元法 (UDEC)和極限平衡分析三種不同的方法，三種不同方法的計算和分析結(jié)果相互比較，相互補充，相互驗證，就能保證計算和分析結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。 ▲ 在邊坡設(shè)計中 ， 根據(jù)上 、 下部的不同巖性 ， 采取變邊坡角的設(shè)計方案 ， 一般情況下 ， 上部比下部稍緩 ， 上 、 下部分界線由巖性確定 。 ?計算剖面 11個 ， I區(qū) 3個 ， II區(qū) 3個 ， III區(qū) 1個 ， IV區(qū) 3個 ， V區(qū) 1個 。 ▲ 為了進(jìn)行邊坡設(shè)計優(yōu)化 ， 對各剖面選擇不同的邊坡設(shè)計方案進(jìn)行計算 、 分析 、 比較 ， 從中確定最佳邊坡角作為推薦設(shè)計方案 。 ▲ 特別對 I， II區(qū) ， 即在邊坡穩(wěn)定性分析中最為關(guān)鍵的兩個區(qū) ，也是對提高邊坡角 ， 減少剝離成本最具潛力的兩個區(qū) ， 采用了三維固－流耦合有限差分法和三維極限平衡分析方法 ， 這在國內(nèi)外是第一次 。 滑動面的三維圖 水廠鐵礦邊坡優(yōu)化設(shè)計推薦方案 序號 剖面 部位 邊坡角 分界標(biāo)高 原始方案 1 I1 上部 50176。 +10m 46176。 下部 50176。 2 I2 上部 43? +50m 41176。 下部 45? 3 I3 上部 43176。 +10m 41176。 下部 49176。 4 II1 上部 45176。 50m 46176。 下部 47176。 5 II2 上部 45176。 111m 46176。 下部 48176。 6 II3 上部 48176。 112m 46176。 下部 50176。 7 III1 整體 48? — 42176。 8 IV1 整體 41176。 — 40176。 9 IV2 上部 44176。 +10m 42176。 下部 48176。 10 IV3 上部 46? 50m 42176。 下部 48? 11 V1 整體 46176。 — 42176。