文/王久玲  张小军  陈尚波

摘  要：露天矿山作为矿产资源开发的重要形式，其经济效益显著但面临严峻的边坡稳定性挑战。本文通过对边坡稳定性进行系统分析，深入探讨了影响边坡稳定性的主要因素及其相互作用机制，并梳理了当前露天矿山边坡稳定性的主要分析方法。针对边坡存在的不稳定性，提出一系列稳控技术要点，包括台阶高度合理控制、地面排水工程构建、边坡管控与维护以及失稳变形应急处理等方面，旨在为露天矿山的安全开采与可持续发展提供有力支撑。

关键词：露天矿山；边坡稳定性分析；稳控技术要点

露天矿山边坡失稳可能导致严重的人员伤亡、财产损失以及环境破坏，因此必须加强露天矿山边坡稳定性分析及稳控技术的研究，包括影响因素、分析方法与稳控措施。

1影响露天矿山边坡稳定性的因素分析

1.1岩体、结构因素

岩体的工程性质是影响边坡稳定性的重要因素。岩体的强度、韧性和结构特征等都对其稳定性有直接影响。矿山岩体的结构特征有以下几个方面。

（1）岩层的性质。岩石的类型、矿物成分、物理力学性质等是判断边坡稳定性的基础。一般来说，坚硬的岩体更为稳定，而软岩或风化岩则相对容易出现滑坡和失稳现象[1]，尤其是软岩，是深部较为常见的一类。

（2）联合面和裂隙。岩体中的自然裂隙、节理和联合面等结构将直接影响边坡的稳定性。这些结构往往降低了岩体的整体强度和稳定性，是滑坡等地质灾害发生的潜在因素。

（3）应力状态。岩体内部应力分布的不均匀性会导致边坡的失稳。当外部荷载超过岩体承载时，将导致岩体被破坏。

1.2采矿活动因素

露天矿山的采矿活动直接影响边坡的稳定性，主要包括以下几个方面。

（1）开采方法。不同的开采设计和方法对边坡稳定性的影响较大，采矿方式的不当选择可能引发边坡滑移和崩塌[2]。

（2）边坡角度和坡高。边坡的设计角度与坡高直接关系到边坡的稳定性，过陡的边坡角度和过高的坡度会显著提高边坡失稳的风险。

（3）采矿顺序。采矿操作的先后顺序、相邻区块间的关联性等都可能影响边坡的稳定性。合理的采矿顺序有助于保持边坡的稳定。露天矿山分层开采结构如图1所示。

图1 露天矿山分层开采结构示意图

1.3地表水、地下水因素

水分是引发边坡失稳的重要因素，地表水与地下水的变化对边坡稳定性产生了显著影响。

（1）降雨和地表水。强降雨会导致滑坡，增加边坡土壤的含水量，减少土体强度，甚至导致边坡产生流动性并失去平衡[3]。

（2）地下水位变化。地下水位的升降对支撑边坡的有效应力影响极大。当地下水位升高，土体水饱和，导致水压力增加，从而降低边坡稳定性。

（3）排水设施的设置。排水措施的有效性直接关系到边坡的稳定，是防止水分侵入的有效途径。

1.4岩体、风化、植被因素

自然环境中的风化和植被状况同样会影响露天矿山的边坡稳定性。

（1）风化层的厚度。岩体的风化程度是影响岩体强度的重要因素。随着风化层的增厚，岩体的压缩强度和抗剪强度会显著降低，提高边坡失稳的风险[4]。

（2）植被的保护作用。植被的覆盖有助于保持土壤的水分和结构，减少水土流失，并对边坡起到一定的支撑作用。因此，合理的植被管理有助于提高边坡的稳定性。

2露天矿山边坡稳定性分析方法

露天矿山边坡稳定性分析方法研究技术路线图如图2所示。

 图2 露天矿山边坡稳定性分析方法研究技术路线图

2.1现场调查及监测法

现场调查是边坡稳定性分析的基础，是确定边坡状态、特征及地质条件的重要步骤[5]，包括以下几个方面。

（1）地质资料收集。通过收集区域内的地质资料，包括地质构造、土壤类型、岩石分布、地下水位变化等，了解边坡的地质背景。

（2）边坡形态调查。对边坡进行详细的形态调查，例如边坡的高度、坡度、坡面形状等，记录边坡的裂缝、滑落、渗漏等现象，及时识别潜在的不稳定因素。

（3）监测设备安装。针对边坡的动态变化，安装监测设备，例如倾斜计、水平位移计、降雨量计等，对边坡进行实时监测，获取边坡的位移、变形情况以及水文状况，以便及时采取措施应对不稳定现象。

2.2数值模拟及计算法

随着计算机技术的发展，数值模拟成为边坡稳定性分析中的重要方法，主要包括以下几个方面。

（1）模型建立。依据现场调查所获得的地质、物理资料，构建三维地质模型。模型应尽量真实反映边坡的几何形态及其周边环境。

（2）强度参数确定。对岩土材料的强度参数进行合理确定，包括内摩擦角、黏聚力等，通过试验数据或文献资料进行赋值。

（3）数值分析方法。采用有限元法（FEM）、离散元法（DEM）、极限平衡法等数值分析方法，计算边坡在不同工况下的稳定性，评估边坡被破坏的临界条件。

2.3模拟评价及预测法

在现场调查和数值模拟的基础上，进行模拟评价和预测，以减少边坡失稳带来的风险。

（1）稳定性评估。采用各类稳定性指标，综合评估边坡的安全系数，如Fellenius法、Bishop法、Janbu法等，并与经验公式进行比较，得出综合的评价结果。

（2）预测模型构建。构建边坡稳定性的预测模型，利用数理统计方法和机器学习技术，对历史数据进行训练，建立边坡稳定性的预测指标，预测未来可能发生的边坡破坏事件。

（3）预警系统设计。基于对边坡稳定性和潜在风险的分析，设计多级预警系统，通过实时监测数据与预设阈值进行对比，一旦发现异常情况，及时进行预警，降低事故发生的概率[6]。

3露天矿山边坡稳控技术要点

3.1台阶高度控制

不同种类的土壤和岩石具有不同的物理力学性质，承担的重量及其抗滑稳定性差异较大[7]。因此，实践中基于台阶构成要素，对于软弱土层和脆性岩层，建议降低台阶高度，以减少失稳风险。而在坚固岩体上，可以适度增加台阶高度来提高开采的经济效益。同时，设计时需要结合具体作业情况，灵活调整台阶的高度及宽度。通常情况下，建议台阶宽度和高度的比值保持在1:1.5至1:3之间。定期对各台阶进行检查和维护，确保没有出现液化、滑动等不安全因素的迹象，为边坡稳定提供最有效的支持。

3.2地面排水工程

通过合理的排水系统，可以降低边坡饱和度，减轻水对土体的渗透压力。其方式一般是建立排水沟、渗水井、截水坝等，确保雨水和地下水及时排除，防止水分积聚。实践中，可以在边坡附近建设排水沟，引导地表水向外排放，避免水流在边坡附近滞留，减少水对土体的侵蚀；安装渗水井，定期排除多余的地下水；建设截水坝，如图3所示，阻挡地下水向边坡渗透，减轻地下水对边坡的影响；在严重影响边坡稳定的位置，可以采用防渗墙技术，阻止地下水流入边坡，进一步增强边坡的稳定性[8]。

 图3 截水坝结构示意图

3.3管控维护边坡

要定期进行边坡稳定性检测，观察裂缝、变形及沉降现象，及时掌握边坡的变化。可以在边坡上设置监测仪器，实时监控边坡的位移和变形，并且设立警示标志，提醒人员注意安全，特别在恶劣天气条件下，加强监控和巡查。同时要关注周边环境的变化，如降雨量、地表水位和气候变化等，及时调整边坡管理措施。此外，通过建立边坡管理档案，详细记录边坡的维护和检查情况，有助于今后的科学决策与合理规划。

3.4失稳变形应急处理

边坡失稳事件的应急处理能力直接关系到安全生产和人民生命财产安全。实践中，对于滑坡体和变形体，要及时组织技术力量对失稳区域进行勘查，判断失稳的原因。对于因内部因素造成的失稳，可以考虑采用喷射混凝土、锚杆支护等加固措施。在评估失稳区域后，及时对危险区域进行封闭，设立警戒线，确保施工人员安全。同时，若失稳原因与外部灌水有关，应迅速采取积极的排水措施，如增加排水管网，减少地下水位，提高边坡土体排水能力，促进边坡恢复稳定。

4结语

露天矿山的开采过程中，边坡的稳定性直接关系到矿山的安全、生产效率以及环境保护。边坡失稳不仅可能导致矿山生产的中断，还可能对周边环境和居民的安全造成威胁。因此，露天矿山边坡的稳定性分析与稳控技术是保障矿山安全与效率的重要环节。通过合理设计台阶高度、完善地面排水工程、加强管控维护及建立失稳变形应急处理机制，可以有效降低边坡失稳的风险。此外，不断改进和创新稳控技术，为露天矿山的可持续发展提供了有力支持。只有将这些技术要点切实贯彻到实际操作中，才能确保露天矿山的安全与环境保护，推动矿业的健康发展。

参考文献

[1]赵生河.露天矿山高边坡稳定施工技术与安全控制有效措施研究[J].建材发展导向,2023(23):52-54.

[2]张秋燕.露天矿山边坡稳定性研究现状及稳控技术[J].现代矿业,2024,40(3):7-12.

[3]刘亮,徐森民,王迪,等.基于最优边坡角的露天矿山边坡稳定性分析与安全评价研究[J].中国矿业,2024,33(S2):98-104.

[4]元宇,袁云星,李建东,等.金属露天矿山高陡顺倾边坡稳定性分析研究[J].矿产勘查,2024,15(S1):21-27.

[5]张淼,周爱红,袁颖,等.基于强度折减法探究地下水作用下边坡形态对露天矿山稳定性的影响[J].河北地质大学学报,2024,47(5):59-69.

[6]曲道龙,胡健男,全占鑫,等.露天矿山边坡安全管控平台设计与实现[J].中国新技术新产品,2024(16): 146-148.

[7]何振华,王飞飞.基于GeoStudio的大水露天矿山采场边坡瞬态渗流稳定性分析[J].采矿技术,2023(6):161-164.

[8]龙家安,吴佳锟.露天矿山开采边坡处施工控制性爆破技术探讨[J].中国金属通报,2022(7):28-30.

（作者单位：江西省应急管理科学研究院）