我国露天矿边坡工程技术发展战略研究.pdf

我 国露天矿边坡工程技术 发展战略研究 东 北工学 院 秦 四清卢世 宗 提 要 本文论述了我国露天矿边坡工程技术发展战略的任务．方法．确立了 夸后投展的战略目 标，为夸后制定我国边坡工程技术发展的战略步骤和措施 ．提供了有益的参考。 一 、露天矿边坡工程技术 发展战略的任务 露天矿边坡工程 技术发展 取决于许多 因 素，主要有t科学 技术发 展 情 况 、包 括 数 学、力学、计算机等科学、还有实验设备， 观测方法等技术手段。这些科学技术是研究 边坡工程 的基础 ，因而科技发展的快慢直接 影响着边坡工程 技术的发展 。其次是研究人 员数量 及素质 。 影响岩质 边坡稳定性 的主要 因素是岩体 结构 。由于边坡岩体经历了多 次地质构造运 动，褶皱断裂构造发育，岩体破碎，囟而边 坡稳定条 件很复杂 。再者 ，由于人们对某一 事物的认识需要一个反复过程 ，郭认识 边坡 岩体发展 、发 生破坏 的规律性 需要 傲大量 的 工作 ，很长 的时 间。 因而研究露 天矿 边坡工 程技术发展战略，是一项长期任务，需要多 学科 互相交流，协同作战 ，对实际 问题 进行 由此 及彼， 由衷及里 、深入 的、细 致 的研究 探索 |需要总结我国几十年 来研究 治理 露天 矿 边坡的经验及 成果 ，需要吸取 国外研究 治 理 边坡的先进经验 。从理论 上，观测方法及 实验 手段上研究露天矿 边坡 工程 技术，使边 坡工程技术获得突破性的发展。 归 纳起 来，研究 边坡 【程 的 具 体 任 务 是 总结我 国几十年 来 的经验及成 果，确 定 一 l 0一 今后研究 的主要 方 向|研究和 总结外 国在 边 坡工程方面 的经验 及成果 ，扬长避短 ，少 走 弯路| 澍定 我国今后的露 天矿 边坡工 程技术 发展 战略研 究。 二、露天矿边坡工程技 术发展 战略的方法 这方面要 解决的问题很多，主要有 ；要 从我 国边坡工 程研究现状出发}预测边坡工 程技术发展 前景。 I ． 边坡 工程研究现状 1 我国露天矿 山多，规模大 ，边坡 稳定性研 究意义重大。我 国金属矿 山中露 天 开采 的矿 石量，铁矿约 占9 O ，有色金属矿 约 占4 6 “， 。随着生 产发展 和开采技 术 提 高，露天开采愈益普遍 ，采深也愈益 加大 。 目前 ，最 大深度可达7 0 0 too 2 我国露天矿边坡工程地质条件复 杂，边坡 稳定性研究难 度较 大。我国大部分 矿床 生成年代古老 ，经历了 多次地质 构造 运 动 ，一些矿 山褶皱 断裂构造 发 育，岩 体 破 碎，边坡稳定条件很复杂。我国某些金属矿 床分布在构造断裂的薄弱部位，致使矿体和 围岩破碎 ，边坡稳定条件差 。对这些矿床 进 行露天开采和边坡稳定性评价，都将面临非 常复杂 的工程地质 问题。 3矿床 勘探 中边坡工程地质工作薄 本篇 鳊辑用致 勤 有 色矿山一l 9 9 1 ． 2 维普资讯 葶 弱，资料缺乏。由于人们 的认识和技术发展 水平的限制，矿床地质勘探和研究的着眼点 主要集 中在成矿 规律和矿石的质 ，量评价方 面。开采 技术条件只 限予做一 些最 基本 的岩 石物理力学指标的测定。矿床勘探钻孔分布 只 限于矿体 范围，对于 边坡 评价 的重 要部位 矿 体下盘则很少控 制。水文 地质勘探 则 侧 重评 价和预测矿坑涌水量 ，与边坡评价 至 关 重要的岩 体 中的水压分布得不 到应有 的重 视。这些给边坡稳定性评价带来很多困难， 以致很 多工 作要重新做 。 4我国露天矿 边坡设 计绝大多 数仍 采用 经验 类 比法， 以致使 没计 边坡 角与实际 情况 出入很大 。 5我国露天矿边坡研究在边坡破坏 机理研究 定量研究方面研究得不够，还要 做 大量工作 。如对 倾倒 一滑移边坡 ，国内外 对其破坏机理研究得较少。对反倾结构面与 倾倒滑移体的相互作用机澍，块体之间的相 互作用过程认识得不够深 刻，因而 给开展定 量评价带 来一定 困难 。 6我 国露天矿 山边坡 研究 已取得很 太进展。我国露天矿边城研究工作早在建国 初期就己开始。7 0 年代以来，由’ 于 生 产 要 求 ，领 导机关重视和各单位 的努力，该项工 作有了很大进展。有关的科研，设计部门和 高等院校会 同矿 _山一起，先后对大 冶铁矿 、 攀钢 兰尖、朱家 包包铁矿 、攀锕石灰石矿 、 白银铜矿 金川镶矿、海南铁矿、大孤山铁 矿 、自云鄂博 铁矿 、德兴铜矿 、南芬铁矿 、 吉林盘石镍矿等进行了系统的边坡稳定性研 究工作 ，取得 了 一批科 研成 果。在 实践 中 已 形成 了一支力量 可珊的矿 山边坡 研究 的专业 队伍 在边坡工程地质调查 、岩 体 强 度 试 验、边坡稳定性分析、控制爆破、边坡治理 和监测等方面都积累了很多经验。 最重要的进展是在边坡工程地质勘察研 究方 面，现 已形成 由我国著名工程 地质学 家 谷德 振教授倡导的岩体工 程地 曛力学的理论 有 色矿。 山一1 9 ． 2 和方法。这种理论的出发 点是把岩体作为长 期地质历史发展 过程 中形成 的具有 复杂 结构 的地质体。 边坡岩体 的稳定性 主要 由岩 体 中 各种结构面所控制。这种理论和方法的优越 性在于它抓住了岩体本身的基本的内在规律 性，为深入分析现有边部和深部边坡岩体结 构 提供了理论依据 ，并 为边坡岩 体工程地 质 分 析从 定性 评价提 高到定量 评价展现 了广 阔 前景。 2 ． 边敷工 程技术发展前 景预测 主 要预 测科 技 的进步 、 社会环境 的演变 。 1科 技的进步。 随着科学 技术 的发 展 ，将会 出现新的学科 、新 的理论 、新 的方 法、新 的手段 以及 新 的设备 。预 测这方面的 变化趋势 ，根 据需要和可能，有计 翅I 地 把最 先进的科学技术成就应用于边坡工程，使边 坡研究实现从定性评价到定量评价的飞跃成 为可能。 2社会环境 的演变。随着改革开放 的进一步深入， 国际 问学 术交流 活动将会进 一 步 加强。这对于学 习国外 研究治理边坡的 先进经验，取长补短是大有益的。另外，人 事制度的改革，促进了人材的台理流动，一 方 面最大 限度地发挥了科技人员的作 用}另 一 方 面将会 促进有关行 业、学科 的科 技人 员 联台起 来，从整 体上对边坡工程 问题 进行 综 台研究，使问题得以完善解决。 三、露 天矿边坡工程技术 目前 ，我 国对 边坡岩体 的工 程地质研究 已有了系统的分析方法。如中科院地质研究 所对金川露 天矿在 区域地质 结 构 、岩 组 捌 分、岩体结构类型、工程地质分区方面做了 系统的研究“’ ，摸索出了一整套方 法 和 规 律a而我国露天矿边坡工程就整体研究水平 而言，对地下水分布 状况 、试 验 指 标 的 确 定、破坏机理、计算方法诸方面认识研究的 不够深刻，即从定性评价到精确定量评价方 面述有一段距离。 以后研究的主要方 向也就 一 1 1-- 维普资讯 是从定性评价逐渐向定量研究过渡。为此， 以后我 国露 天矿 边坡工程技术 发展的战略 目 标 是 1 ． 进一步加 强工 程地质研究 ，探 讨岩体 结 构对边坡稳 定的控制作用 。 2 ． 重新 评价地下水对边 坡稳 定 性 的 影 响。当前，在 边坡稳 定性 研究 中对地 下水 影 响的分 析， 与评 价多 假定含水层是均质 的， 对矿 山高边坡中地下水赋存状态复杂性考虑 不 够。 由于地下水受 构造断裂 的控制 ，且随 露 天矿不断开 挖，相 对隔水层界 限 也 会 下 降， 因而把整个 边坡内部 视为均质含水层处 理 ，就 可能 人为地夸 大地下水的作用 。 3 ． 确定岩体力学参数 。 由于 在 采 取 试 样，试 验仪器方面受科 技发 展的 限制，用试 验 确定 的岩 体力学参数不能 准确地反映岩体 内在的 力学 特性 且确定 节理 化岩 体强度多 采用经 验公 式， 因而大大影 响了边坡稳 定性 计算的准确性 。 4 ． 提出新的计算方法。目前，边坡稳定 性计算多采用极 限平衡法 ，由于极限平衡法 本身 有许多假设条件 ， 因而大大影 响了计算 的精确 程度。 计算机 已被用于 边坡稳定性 计算 ，现 阶 段多采用有 限元、边界元进 行计算 。 由于边 坡岩 体实际上是节理化岩体， 因而近几年刚 刚兴起的离散元 比较适合边坡岩体的结构情 况，以后若在这方面的研究有重大突破，则 会开辟新的计算途径，大大增加计算的准确 性 。 5 ． 用新学科对 边坡 工程进 行研 究。模糊 数学 、灰 色理 论 、可靠性分析 、经 济分析 、 系统 工程 、最优化理论 已开始用于 边坡工 程 且已取得不同程度的进展。特别是模糊数学 和灰色理论的出现扩大了人们的视野和解决 问题的 途径 。 。 模糊数学 和灰 色理论 可 以 对复杂的或不完善的系统的分析与决策过 程 建 立一种 浯言分析 的数 学模型，使数学 方法 得 以吸收人 的思维 方式 中的某些优点。模 糊 一 l 2一 数学和灰色理论出现后，过去经典数学、概 率理 论描述客观世 界感 到的 不足之处 ，就能 得 到弥补 。 这样，它们之 间相 互联 系 、 相互补 充 ，可更正确地描述现 实世 界的数量关系。 6 ． 对边坡破 坏机理进行 深入 研究。弄清 了边 坡发 生破坏时 ，块体 之间是如何相互作 用 、 相互制约 的，边坡发展 、 发 生破坏的规律 性 ，才能提 出新的计算方法 实施 定量 评价。 7 ． 加强 边坡工程薄 弱环 节 的 研 究。 目 前 ，对 边坡 滑动问题研究较 多，而对 边坡倾 倒 破坏 问题研 究的较少。近 些年 不 少 矿 山 如 金川镍 矿、盘石镍矿等露 天矿 边坡发 生 了这种破坏 ， 给我们提 出了新的 课题 。 这方 面 在 国内外研 究的 比较 少， 以后应大力加强 。 8 ． 加强 边坡信息 系统 的研 究，建立全 国 边 坡数 据库 。 9 ． 研究 新的实验 、观 测仪 器 。 1 0 ．认真调查 我 国矿 山边 坡破 坏实例， 分析各类边坡破 坏条 件， 总结边坡稳 定性分 析、治理和监 测等l方面的经验 。 四、结语 欲实 现 以上战略 目标 ，必 须加 强基 础理 论研 究，制定技术进步规 划， 改 革 科 技 休 制，结合 实际 ，提出一个科研 、设 计、生产 密 切结合 的改革方案。要大胆 启用人才 ，发 挥知识分子的作用 。只 有这样，才能从理论 和实践上实现 边坡工 程研究 大的飞跃。 参考文献 [ 1 卢世 宗 东北工 学院学 报 ．1 9 B 8 ． 4． 2 5 [ 2 中科院地质研究所螭 ． 岩体工程地质力 学问题 卉．北京科学出版社．1 9 8 5 年 [ 3 肖柏 、于学 蘸； 矿山技术 ．1 9 8 9 ．5 1 3 C 4 ]卢世宗，笪盍 ．东北 工学院学报 1 9 B 4． I ， 3 0 [ 5 顾宗林 科技进步与工业发 展战略 成都四J 1 『 蓍社会科学院出版社．1 9 8 4 年 [ 6 ]顾镜清 2 o 0 o 茸曲辑学技术 现状和 珥诅 j 上海科技【 【 版社 1 9 7 8 年 有色矿 山一 1 9 9 1 ． 2 维普资讯