内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司内蒙古呼和浩特010010
摘要：在露天开采时，边坡稳定性势必会对开采的安全性产生直接影响，所以，对边坡灾害加强有效防治，具有十分重要的现实意义。据此，本文主要对露天开采边坡稳定性分析方法及灾害防治措施进行了详细分析。
关键词：露天开采；边坡稳定性；灾害防治
一、露天开采边坡稳定性分析方法
（一）极限平衡稳定分析法
极限平衡法是根据地质结构面形成滑体的边界条件，对平面滑动、曲面滑动等互动模式进行公式计算。常用的方法有瑞典条分法、毕肖普法、简布法、萨珥法和余推力法。以瑞典条分法为例，首先，假定滑动面是一个圆弧，并认为条块间的作用力对边坡影响不大或假定条块两侧的作用力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。然后依据滑弧面上极限平衡条件对边坡稳定性进行分析。
式中，Tfi为条块i在滑动面的抗剪能力；Fs为滑动圆弧的安全系数。
（二）强度折减有效差法
基于强度折减的有效差分理论是目前进行露天开采边坡稳定性研究的最有效方法。首先，假设岩体的抗剪强度为某一折减系数F，进行计算、分析。当岩体的折减系数小时，岩体的抗剪强度较高。当折减系数增到一定程度时，岩体沿着剪切面发生不收敛的塑性剪切变形，此时认为边坡发生破坏。由此得，强度折减系数为边坡整体安全系数。根据位移增量等值线或最大剪应变增量等值线来确定滑裂面的位置。
式中，c+σtanφ为岩体的抗剪强度指标；F为折减系数。
（三）强度折减有限元法
强度折减有限元法是依据计算机进行的。与极限平衡法相比有限元法具有四个优点：一是理论体系更加周密严谨，除了基本条件外还能满足变形协调条件；二是可以进行自动找出潜在滑裂面，并计算出安全系数，不需要进行预先假设；三是应用范围更广，可以适用于几何条件、荷载条件、材料分区等复杂的问题；四是由于塑性区的荷载分布不同，极限平衡法要进行人为调整荷载分布，但有限元法可以进行自主扩展调整。有限元研究是依据节点平衡方程，并结合边界约束条件，建立以节点位移为未知量的线性代数方程，求得单元应力。在有限元法中强度折减原理与有限差分法中强度折减原理相同。
在有限元分析中假设惟一差值的形式为：
式中，NN为与坐标系有关的差值函数；uN为有限单元节点变量。
通过进一步演算得到单元刚度矩阵表达式为：
式中，K为单元刚度矩阵；B为单元形变矩阵。
二、露天开采边坡灾害的防治措施
（一）强化露天开采回填复垦管理，实现绿色开采
1、优化开采方案
针对露天开采开采的特殊性，对各露天矿区的地质构造、地形地貌、土岩特性以及周边居民的耕地情况等进行详细调研，按照“边开采、边绿化、边复垦、边保护生态”的原则，制定出合理的“开采——复垦”方案。特别是剥离物和排土场的具体规划，涉及剥离表土、岩石的特性及数量、排土场的位置及容量、排土场复垦所需的表土量等内容。同时，对土地复垦的过程进行监测调控，对复垦的结果及时分析评价，使露采矿区的土地复垦最大限度地得到利用，取得良好的经济效益和社会效益。
2、扎实推进回填绿化工作
遵循“以草先行，以林为主，乔灌林相结合”的生态恢复标准，各露采矿和灭火煤矿严格按照目标责任状的要求，加强组织领导，制定回填绿化方案，安排专门的绿化经费，责成专人负责。截至目前，全旗境内开工的露天开采，全部按照设计方案进行绿化，工业广场全部完成硬化、绿化、美化。实行内排土的露天开采，其外排土场已平整完毕并进行绿化，内排土场全部按照设计方案进行回填，按推进方向及时进行复垦。周边和坡面及采场四周种植防护林。
（二）强化安全管理，构建安全高效矿区
1、强化安全基础管理
一方面把安全工作重心放在基层班组建设，把班组建设纳入安全管理总体规划，健全班组安全管理考核激励机制，消除“三违”隐患，不断提高班组自身管理水平。另一方面，从建立标准、体系、达标、考核等环节入手，把安全质量标准化与质量安全健康管理体系结合起来，拓宽安全标准范围，推动露天开采实现安全、质量、环保的全面协调发展。
2、加大培训教育力度
把提高员工和管理者的业务技术素质作为安全基础工作来抓，努力创新思路，转变培训方式，推行班前培训、现场提问、学习考试等一系列安全教育办法，提高培训效果。严格落实特殊工种培训和定期复训制度，提高安全知识技能，提升员工自主安全意识，确保实现安全生产。
3、深化科技兴安战略，提高露采安全保障能力
坚持以“预防安全生产事故，改善生产条件”为目标，加大新技术、新工艺、新设备的推广力度。加大对露采关键技术和火区灭火技术的攻关，提供技术保障措施，提高露天开采的安全生产能力。
（三）对边坡进行疏干处理
在边坡岩体外修筑排水沟，排除地面水，防止其流人边坡表面张裂隙中，对已有的张裂隙应以适当材料及时充填。钻水平排水孔，降低张裂隙或破坏面附近的水压。在边坡岩体外围打疏干井，装备深井泵或潜水泵迸行排水，降低地下水位。疏于高边坡可设置2个或2个以上排水水平。地下巷道疏干可用于水文地质条件复杂的重要边坡岩体疏干，在巷道内可打扇形排水孔，以提高疏干效果。在实际工作中，可根据边坡岩体水文地质条件，同时采用多种方法对地表水和地下水进行综合治理。
（四）建立边坡监测系统
在边坡变形监测方面应用最多的是地表位移监测系统。矿山应建立地表岩层移动监测站，定期对地表和坡面进行水平和垂直位移测量。建立边坡稳定技术研究与管理机构和专职边坡施工维护队伍，为边坡和地面变形分析与控制提供了重要的科学依据。
（五）人工加固
防水与疏干排水的方法是通过排除岩体强度降低的根源来改善边坡的稳定性，而人工加固的方法是通过增大岩石强度改善边坡的稳定性，这是两种方法的不同之处。采用任何加固方法都要进行工程与经济分析，以论证加固的可行性和经济性。在防排水或其它方式不可行或代价更高时，才考虑采用人工加固。人工加固边坡是较为有效的方法之一，它不但可以加固已产生移动的和不稳定边坡，而且经过加固还可以提高边坡角达到少剥多采的目的，使矿山获得较好的经济效益。采用的加固方法一般有喷锚加固、抗滑桩、压力灌浆、混凝土护坡和喷浆防渗等。
（六）建立切实可行的边坡管理及检测制度
配备专门的边坡管理人员，并定期对边坡的稳定性能进行测试，发现不稳定区段后及时处理，并且对边坡的失稳事故制定一定的紧急预案。切实做到暴雨及连续雨天不生产，其他不利天气条件减少生产。
结语
总而言之，随着露天开采的不断进步与发展，随之衍生了一系列的问题，从而对地区的生态环境质量和经济发展造成了严重影响。这就需要相关部门积极采取有效措施，全面解决露天开采中所遇到的灾害，确保边坡足够稳定。
参考文献
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