王佳奇

（河钢矿业承德柏泉铁矿 河北承德  067000）

摘要：露天铁矿边坡属于人工扰动造成的复杂地质工程体，它的稳定状况直接影响到矿山生产安全以及长久运营，科学的稳定性分析和相应的加固技术，就是保证边坡安全的重要依托。本文从技术本质和实践逻辑入手，对露天铁矿边坡稳定性分析加固技术的主要内容进行系统的阐述，突出地质条件解析、力学机制推演、动态风险预判三者之间的内在联系；详细论述稳定性分析的主要途径及加固技术的应用逻辑，包括地质结构探测、应力场模拟、实时监测等分析方法，以及锚固支护、结构加强、生态协同等加固技术种类，说明各种技术在边坡安全控制中的适用性及相互间的配合。研究目的在于建立分析、加固、保障完整的工程技术体系，给露天铁矿边坡稳定性控制提供理论依据和实践指导，促进边坡治理技术向着精准化、长效化方向发展。

关键词：露天铁矿；边坡稳定性；稳定性分析；加固技术

引言

露天铁矿开采时，剥离覆盖层同采掘矿体之间构成的人工边坡，在地质构造、外界环境以及工程扰动等众多因素的影响之下，表现出复杂的稳定性控制难题。边坡失稳不但会中断生产过程，还会造成安全事故，因此必须建立科学完善的稳定性分析体系和高效的加固技术方案。不同于一般的岩土边坡，露天铁矿边坡由于岩体性质、开采工艺的不同，对分析方法的要求更加具体，加固技术的适用性也更高。本文以露天铁矿边坡工程实际为基础，从稳定性分析和加固技术两个方面入手，对技术要义及实践路径进行详细的分析，并将地质力学原理同工程应用经验结合起来，形成符合露天铁矿特点的技术体系，给矿山边坡安全防控提供系统性的解决办法，促进矿山安全高效开采。

1 露天铁矿边坡稳定性分析加固技术要义

1.1 核心内涵与技术定位

露天铁矿边坡稳定性分析加固技术的核心内涵，就是对边坡地质条件、力学状态进行系统的分析，准确地找出潜在的失稳风险，再采取相应的技术手段来提高边坡的抗滑能力，抑制变形的发展，从而达到边坡长期稳定的目的。该技术体系以地质工程学、岩土力学为理论基础，把探测技术、模拟分析和工程施工等多学科方法结合起来，既重视边坡固有稳定性准确评价，又重视加固措施的科学性和长效性。其技术定位十分清楚地体现了“预防为主、防治结合”的思想，在露天铁矿边坡安全管理体系的构建当中，首先要做的是通过系统化的、精细化的风险识别与精准分析，对边坡的地质情况、结构状况以及可能发生的失稳因素有一个全面的了解，进而科学、合理地确定出加固工程的实际需求^[1]。在此基础上，依靠先进的可靠边坡加固技术手段，即锚固、支护、排水优化、岩土体改良等方法，有选择地消除或者大大降低各种隐患。整个技术实施过程严格执行了分析、设计、施工、保障四段式闭环管理流程，即地质和稳定状况详实全面之后制订出切实可行的加固工程设计方案，经过专业人员有条不紊地施工，在运行过程中还要对加固后的结构展开持续不断的监测、保养和调整，从而形成长周期、全方位的系统性安全保障体系。该体系可以保证露天铁矿边坡在开采整个周期内一直保持稳定可控状态，大大提高了矿山本质安全水平，给各项生产活动的顺利进行提供了一个安全可靠的工作环境。

1.2 技术逻辑与协同关系

露天铁矿边坡稳定性分析和加固技术之间存在着密切的协同关系，分析是加固的前提和基础，加固是分析的延伸和落实，两者共同为边坡稳定服务。稳定性分析就是对岩体结构、应力分布、变形趋势进行全方位的研判，确定边坡失稳的主要控制因素和潜在风险点，给加固技术的选择、参数的设计提供科学依据^[2]；加固技术的效果也可以反过来检验稳定性分析的准确性，给后面分析方法的改进提供实践参照。协同关系不只是分析过程和加固技术的密切联系，而且要从工程实际出发，在稳定性和风险评价的时候，对拟用加固技术的可行性以及适配性进行全方位、深层次的考虑。加固方案的设计不能脱离分析得出的关键结论，而应该根据边坡的地质情况、力学参数、潜在破坏模式和开采扰动效应等各方面因素来制定详细的方案，从而防止由于技术手段和分析结果不匹配而造成支护失效或者控制措施失效。而且该协同机制所具有的技术逻辑就是一种动态的适应性，即在露天矿开采整个过程中，由于边坡形态、应力状况、水文情况、外部荷载等要素不断改变，原来的分析模型以及加固方案已经不能完全适用了。因此必须建立一个持续反馈、迭代优化的机制，根据边坡实时监测数据和阶段性的评价结果来对分析模型进行参数的修正和结构的更新，同时对加固措施做出相应的调整或者升级，使整个技术体系一直可以准确地应对边坡实际工况的变化，保持长期稳定和安全。

1.3 实践价值与应用原则

露天铁矿边坡稳定性分析加固技术有如下三点价值，即保证矿山安全生产、降低灾害风险、提高资源开采效率。经过科学分析并加以有效的加固，可以大大降低边坡失稳的概率，避免人员伤亡和财产损失，给矿山连续开采提供保障，合理的加固技术可以降低边坡维护成本，延长边坡服务年限，提高资源开采的经济性^[3]。应用时要遵守三大准则，即针对性原则，即在对露天铁矿边坡稳定性展开分析并实施加固设计的时候，必须紧密联系该矿区具体地质情况（岩性特性，节理裂隙发育情形，地下水散布状况等），实际开采规模（开采深度，台阶布置和推进方向等），边坡本身的几何参数（坡度，坡高，平台宽度等），科学挑选并选用与之高度契合的分析办法（极限平衡法，数值模拟，概率分析等）和加固技术（锚杆锚索支护，抗滑桩，格构梁，喷锚网等），保证技术方案精准有效，有的放矢；系统性原则，即把整个边坡当作一个有机统一、相互联系的复杂工程系统，在制定加固策略的时候，不能只重视局部薄弱区域的加强处理，还要考虑整体结构的力学协调和稳定性协同，采用多技术融合、多措施联动的方式，防止因为过度依赖或者孤立使用某种加固手段而导致的分析偏差或者工程隐患，从而达到局部和整体的协同优化；长效性原则，在满足目前阶段边坡安全稳定基本需求的基础上，前瞻性地全面考虑并纳入到长期运营过程中可能遇到的各种动态影响因素，比如气候环境的变化（降雨频率和强度增大，冻融循环作用），岩体物理力学性能随时间推移而产生的劣化和老化，开采活动持续扰动所引起的累积损伤效应等等，然后设计出具有足够安全裕度和适应能力的加固体系，真正保证边坡加固效果在全生命周期内可靠且持久。

2 露天铁矿边坡稳定性分析加固技术

2.1 稳定性分析核心技术路径

露天铁矿边坡稳定性分析技术是以地质探测为依托，用多种手段综合来达到对边坡状态的全面了解和风险预估的目的。地质结构探测技术利用钻孔勘探、物探勘查等方式确定岩体类型、节理裂隙分布、软弱夹层位置等主要地质参数，为分析提供基础数据；力学特性分析依靠室内试验和现场测试，得到岩体抗剪强度、弹性模量等力学指标，再根据边坡几何形态建立力学模型^[4]；数值模拟技术利用专业的软件对边坡应力场、位移场进行仿真计算，模拟不同的工况下边坡稳定性的变化，准确找出失稳区域；实时监测技术主要是利用在关键位置布置高精度的位移传感器、应力监测设备以及其它相关传感装置，采用连续、高频的数据采集方式，动态观测边坡在各种工况、环境条件下微小变形及内部应力场的演变情况。经过无线传输系统把数据传送到监测平台，用智能算法进行分析处理，从而实现对边坡整体稳定性状态的持续跟踪，在出现异常趋势或者潜在失稳征兆的时候，及时启动分级预警机制，为应急响应和工程干预争取宝贵的时间。与此同时，该类动态监测手段同前期依靠地质勘察、数值模拟以及历史数据分析而创建起来的静态评价手段相互配合、互相补充，两者一起形成起一套涵盖“事前评定—事中监测—事后预示”全部环节的边坡稳定全面剖析体系。该完整的框架可以提高监测的及时性、敏感性，也可以大大提高边坡风险识别的准确性、管控措施的科学性，给边坡工程的安全运行和长效管理提供全面、准确、可靠的保障。

2.2 结构型加固技术应用体系

结构型加固技术是露天铁矿边坡稳定性控制的主要手段，依靠加强边坡结构强度、提高抗滑能力来达到稳定的目的。预应力锚索加固技术是向边坡深部稳定岩体施加预应力，形成主动支护体系，约束边坡变形，适合于高陡边坡或者存在软弱结构面的场合，其关键在于锚索长度、锚固力参数的合理设计和施工精度控制；抗滑桩加固技术是在坡体适当位置设置钢筋混凝土桩体，利用桩体抗剪强度阻止坡体滑动，常常与锚索、锚杆结合使用，形成复合支护结构，提高加固效果^[5]；格构加固技术是常用于边坡稳定工程的一种结构措施，其主要作用就是用混凝土或者钢筋混凝土构建网格状框架结构，把边坡表层较为破碎、松散的岩体系统地分割成若干个规则、整齐的单元块体。该种分割方式不但可以有效地控制各个单元内部岩体在重力或者外力的作用下出现局部滑移、崩落或者变形，而且大大提高了边坡整体的结构稳定性。同时格构框架形成的网格空间给后续的生态防护措施（植草、挂网喷播等）提供良好的基础条件和载体平台，有利于植被根系的生长和固土作用，使工程防护和生态修复有机地结合起来。

喷锚支护技术是目前应用最广、效果最好的一种边坡加固技术，它是在开挖后边坡表面喷射一定厚度的混凝土层，再与按设计要求布置的锚杆一起形成一个复合支护体系。喷射混凝土可以迅速封闭裸露的岩面，隔绝空气和水分对岩体的进一步侵蚀，有效地防止表层岩石因为风化、冻融或者干湿循环而发生剥落、碎裂；锚杆深入到岩体内部，把表层不稳定岩块和深层稳定岩体牢牢地连接起来，大大提高了边坡表层的整体性以及抗剪强度。

2.3 功能型加固技术实践路径

功能型加固技术主要是改善边坡所处的环境和受力条件，消除失稳诱因提高边坡稳定性。排水减压技术属于重要内容之一，利用坡面截水沟、坡体排水孔、地下排水廊道等设施及时排出地表水和地下水，降低孔隙水压力，减小水对岩体强度的削弱作用，排水系统的设计要根据边坡水文地质条件来确定，保证排水效率；削坡减载技术通过改变边坡坡度、降低坡高或者移除坡体上部荷载等方式来减少下滑力，使边坡应力状态趋于平衡，适合于边坡坡度过陡、荷载过大引起的稳定性不足问题，实施时要考虑生产需求和稳定目标，防止过度削坡造成资源浪费；生态防护技术属于一种绿色、环保的边坡加固手段，主要依靠喷播植草、栽植灌木、其他适宜的植被恢复措施，有效地重建由于工程建设或者自然侵蚀造成的边坡生态系统。依靠植物根系在土壤中起到的锚固、网状交错的作用来提高边坡表层土体的抗剪强度和整体稳定性，从而减少水土流失、浅层滑塌。植被的覆盖率还可以改善局部小气候、提高生物多样性、净化空气、美化景观等，达到修复生态环境的目的。生态防护技术一般不会单独使用，而会和格构梁、挡土墙、锚杆等结构型加固技术一起使用，形成刚柔并济的综合防护体系，既能保证边坡的结构安全，又能恢复边坡的生态功能，真正实现结构稳定和生态修复的有机统一。该技术适合于降雨量适中、温度条件好、没有极端冻融循环等气候环境比较温和，边坡坡度为缓坡到中等坡度（一般不大于1:1.5）的区域，在公路、铁路、水利和矿山等领域的边坡治理中有广泛的应用前景。

2.4 技术优化与集成应用策略

露天铁矿边坡稳定分析、加固技术的优化集成，属于提高管控效果的关键途径。技术优化表现为分析方法更精确、加固技术更新换代，用无人机倾斜摄影、三维激光扫描等新技术加强地质探测，改进分析数据的准确性、速度，研发高强度、耐腐蚀的新型加固材料，改善加固结构的耐久性、可靠性，加入智能监测和预警系统，完成分析数据的即时传递和智能研判，加快风险反应速度。集成应用策略就是根据露天铁矿边坡具体情况，组合不同的分析方法和加固技术来形成个性化的解决方案。地质复杂高陡边坡可以采用地质探测、数值模拟、预应力锚索、抗滑桩、排水系统相结合的综合措施，对表层松散、生态脆弱的边坡，采用格构加固、生态防护、排水减压相结合的技术，实现稳定性与生态性双管齐下。

3  结束语

露天铁矿边坡稳定性分析加固技术是保证矿山安全高效开采的重要支撑，技术体系包含分析要义、核心技术、集成应用等各个方面，具有多学科交叉融合的特点。本文对技术要义进行了系统的阐述，得出分析和加固的逻辑和协同关系；对分析技术和加固技术进行深入研究，整理出不同的应用路径以及适应场景，突出技术选型的针对性、系统性。经过实践证明，只有把精确的稳定性分析同科学的加固技术结合起来，才能达到露天铁矿边坡长期稳定的目的，避免安全问题的发生。随着科技的不断发展，露天铁矿边坡稳定性分析加固技术会向着智能化、绿色化、长效化方向发展，用人工智能、大数据等新技术提高分析的准确度和加固的效率，把生态保护理念深入到技术体系中去，实现矿山开采与生态环境的协调发展。后续研究可以从复杂地质条件下技术匹配情况、新材料研发与应用、智能监测系统改进升级等角度展开研究工作，为露天铁矿边坡稳定控制提供更好的技术支撑。
   参考文献
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