CSMR法在矿山边坡岩体质量中的应用

　　摘要:本文在室内岩石力学试验和边坡结构面野外调查分析基础上,充分考虑结构面对边坡岩体质量的影响,采用CSMR法对边坡岩体质量进行了系统分级,为下一步的边坡稳定性分析和开采境界优化提供了依据。
　　关键词：矿山；边坡结构；分级研究
　　引言
　　据中国若干大中型露天矿山的不完全统计,不稳定边坡或具滑坡危险的潜在不稳定边坡占边坡总长度的15%～20%左右,个别露天矿山甚至可高达30%以上。露天矿边坡岩体质量分级和稳定性研究直接影响或困扰着露天矿山的安全生产与经济效益,是一项复杂的系统工程问题。合理的边坡岩体质量分级,对于客观反映边坡岩体的物理力学特性、岩体结构特征、评价边坡稳定性和制定工程处理措施是十分重要的。
　　该矿现采用露天开采,最终边坡高度可达260m,设计最终边坡角为上盘48°,下盘50°,端帮50°,开采终了时阶段坡面角为65°,生产时阶段坡面角为70°。根据该矿开采现状,已形成1070m、1080m、1090m、1100m、1110m、1120m横采台阶,矿山边坡在开挖过程中,由于临空面和结构面的组合切割,出现了较小规模的块体变形失稳。随着开采的进一步深入,由于坡高不断增大,边坡发生大规模破坏的可能性也随之增加。
　　1CSMR法简介
　　目前,国内外边坡岩体质量分类方法主要有SMR法(Romana,1985)、各类修正的SMR法,CSMR法分类体系在SMR体系的基础之上纳入了坡高修正系数及结构面条件系数。其具体表达式如下:
　　CSMR=ζRMR-λ(F1×F2×F3)+F4(1)
　　式中:CSMR为CSMR法岩体质量分值;ζ为坡高修正系数,ζ=0.57+0.43(hr/h),其中,h为边坡高度(m),hr为常数,80m;RMR为比尼威斯基(Bieniaw－skizt)提出的岩体质量分类体系的分值,其分类因素及评分标准;λ为结构面条件系数(见表1);F1为边坡中不连续面倾向与边坡倾向间关系调整值;F2为不连续面倾角大小调整值;F3为边坡中不连续面倾角与边坡倾角间的关系调整值;F1、F2、F3取值见表2。F4为通过工程实践经验获得的边坡开挖方法调整值,其取值见表3。
　　表1结构面条件系数
　　
　　表2不连续面产状调整值
　　
　　注:P为平面破坏;T为倾倒破坏;αs为边坡倾向;αj为不连续面倾向;βs为边坡倾角;βj为不连续面倾角
　　表3边坡开挖方法调整值
　　
　　经公式(1)的组合计算即可得到如表4所示的边坡岩体CSMR值。
　　表4CSMR分级描述表
　　
　　2矿边坡工程地质条件
　　边坡产状大体为205°∠70°,岩层产状为(195°～215°)∠(75°～80°),岩层较薄,层间充填物较少,以石英、绿泥石与泥质胶结为主。由于地表第四纪覆盖层较薄,开挖后,地表的堆积物风化严重,因此在接近地表较高的开挖平台,岩体大多灰黄色,很破碎,随着开挖的深入,岩体强度变高,少量破碎带多集中出现。由于覆盖层的存在,地表水容易沿节理裂隙渗入岩体深部,使部分深层的岩体节理面出现褐黄色铁质浸染或不均匀的风化带等软弱夹层。总体上,该区域地下水不发育。边坡岩体结构见图1,边坡现场工程地质勘察在共布设了3条具有代表性的测线(图1为其中之一),测量指标包括结构面出露位置、倾向、倾角、迹长、张开度等;调查内容分为岩性、结构面类型、粗糙度、起伏特征、充填物、渗水性及岩体和结构面风化程度等。现场调查结果表明,主要发育2组节理见图2,其产状为(300°～310°)∠(60°～70°),(115°～125°)∠(80°～90°),节理间距一般在30～45cm之间,节理面张开度小于1mm,并呈褐黄色铁质浸染。
　　
　　图1边坡岩体结构现场调查
　　
　　图2结构面极点等密度图
　　现场地质调查过程中,在岩性具有代表性的不同地段割取相关岩样,进行室内物理力学性能实验,结果如表5所示。
　　表5变粒岩物理力学参数
　　
　　3边坡岩体质量分级
　　根据边坡工程地质条件,结合相关物理力学试验,计算相应区段内各CSMR参数。该段边坡的RMR值分级结果如表6所示。由工程地质条件可知,边坡产状为205°∠70°,不连续面主要有岩层产状(195°～215°)∠(75°～80°)和2组倾向相反的节理。边坡岩体层与层之间充填有泥质夹层或为贯通裂隙(根据表1,取λ=1),不连续结构面的张开度小于1mm,呈铁质浸染。边坡质量分级时,不连续面产状调整主要考虑岩层产状的影响,结构面条件系数如表7所示。
　　表6边坡岩体质量RMR分级
　　
　　表7不连续面产状调整值
　　
　　该矿的爆破开挖方式为一般爆破,根据表3,取F4为0。
　　目前,边坡的最大高度为70m,根据坡高修正系数的公式可计算得:坡高修正系数ξ为1.13,将上述各参数带入公式(1),即可获得该段边坡的CSMR值为
　　:CSMR=ξRMR-λ(F1×F2×F3)+F4=1.13×66-1.0×(0.85×1.0×6)+0=69.5。
　　根据表5,可确定该区域的边坡岩体质量为Ⅱ级(好岩体),可能出现的破坏方式为小规模的块体破坏。
　　若根据既有的开采设计,开采到950m水平,则最大坡高为200m,根据坡高修正系数计算公式,可计算得坡高修正系数ξ为0.92,将各参数带入公式(1),可获得该段边坡的CSMR值为55.6,该区域的边坡岩体质量为Ⅲ级(一般岩体),可能出现的破坏方式为一些不连续面构成平面或楔体破坏。
　　4结论与建议
　　综上所述，本文应用CSMR法对研究区域的边坡岩体进行了系统分级,结果表明区内岩体较完整,边坡稳定性整体较好。根据边坡岩体结构面的发育情况可确定目前开采水平阶段的边坡岩体质量Ⅱ级,随着开采水平的降低和边坡高度的增大,边坡岩体质量会逐渐降低为Ⅲ级,在进行境界优化时,宜分段采用合理的边坡角,在靠帮爆破时必须采用控制爆破手段,必要时,可局部加固。
　　此外,矿区位于寒区,在对边坡岩体进行质量分级时,现有的CSMR分级法未充分考虑反复冻融循会降低边坡岩体质量,建议在做边坡稳定性分析时,应根据寒区气候特点,充分考虑冻融作用对岩质边坡的影响。