一.导言
金属矿山生产是工业生产中的高危行业，其事故概率和死亡人数在工业安全生产领域占有很大比重。边坡稳定性管理是露天矿山安全生产的重要组成部分，露天矿山企业边坡事故大多是由边坡失稳引起的。露天矿边坡破坏(主要是崩塌和滑坡)的原因往往是由多种因素组成的。大致可以分为两类，自然因素和人为因素。自然因素主要包括:①地质构造(层理、节理、断层、褶皱等。)的坡度；②岩性(强度、渗透率、孔隙度、膨胀性等。);③地下水和地表地形、气候特征、地震等。人为因素主要包括:①边坡的形状；②周围爆破震动；(3)地表植被破坏及水库、排十田等人工构筑物。一般是多种因素叠加共同作用的结果，但也有单一因素导致边坡破坏。多种因素共同作用时，以一两种为主，其他因素只促进一两种。
露天矿边坡是生产活动中为了满足矿石生产的需要而强制控制的实体。为了达到安全、快速、经济的目的，我们应该掌握边坡的结构和特征，总结边坡的破坏类型及其相互关系。
技术，防患于未然尤为重要。
二、山坡露天开采边坡的结构和特点
斜坡式露天开采通常将矿石和岩石分成一定厚度的水平层，自上而下逐层开采。这种开采的结果是露天开采形成一个阶梯状台阶，通常称为台阶开采。由多个台阶组成的边坡称为露天矿边坡，即露天矿最终边坡。这种方法多用于大型露天矿山，多个工作面可以同时工作，互不影响。另一种情况是小型露天开采的特殊规定。即根据国家安监总局颁布实施的《小型露天采石场安全生产暂行规定》，“不能采取台阶开采的，应当自上而下分层开采”。方法是将露天开采的岩石自上而下分成若干平行的块，然后将第一块(最外面的块)自上而下分成若干阶段。首先开采最上面的块，然后依次向下开采。在每个阶段，矿石被抛到采场底部的平台，也称为底部工作平板，然后被铲出并运出{第一个矿块开采后，第二个、第三个...依次开采第n块，方法同上。直到开采到采场底部的平台，然后从第二块开始新一轮开采。这样，露天矿开采的边墙一直是两个台阶，即土制边坡最高点的一个台阶和生产中的一个台阶。在开采结束时，还会出现两种情况:前者的最终边坡是由多个台阶组成的假想边坡；后者是一个完美的斜坡。对于后者，当最终坡面形成后，可根据地质构造增加一些台阶，如安全平台、清理平台等，以增强其稳定性。
最终边坡角受岩体工程地质条件和开采高度的限制。最终边坡的总体结构由安全平台、清理平台和运输平台组成。最终的边坡角、台阶、采高和各种技术参数一般在开采前由设计确定。
边坡的基本特征有五个:①上坡服务年限长，下坡服务年限短，因此要分别对待上下边坡的稳定性。②边坡型露天开采边坡一般比较高，几十米到几百米不等，走向长度几十米到几千米不等。因此山坡上出露的地层较多，各部分的地质条带差异较大，比较复杂。③采矿每天频繁穿孔、爆破、运输，边坡岩体经常受到外界振动的影响。④露天矿边坡是通过穿孔、爆破和机械(或人工)开挖形成的。边坡岩体破碎，易受风化影响，产生次生裂缝，会破坏岩体的完整性和稳定性，降低围岩强度。⑤边坡的稳定性是随着采矿作业的进行而不断变化的，特别是一些小型采矿矿山，对边坡的管理和控制不够严格，变化更大。
三、边坡的破坏类型
露天开采本身就是对原岩的一种破坏。采剥作业打破了边坡岩体内部原有的应力平衡状态，出现了次生应力场。在次生应力场等因素的影响下，边坡岩体往往发生变形破坏，即岩体失稳。根据破坏类型，边坡的破坏类型可分为平面破坏、楔形破坏、圆弧破坏和倾倒破坏。
(1)平面边坡破坏:这种破坏类型是指边坡沿平面、节理或断层面等主要结构面滑动，其滑移线呈线性。当边坡中存在与边坡倾向相似或一致的结构性弱面倾向，且其倾角小于坡角和弱面间的内摩擦角时，容易发生这种滑动破坏。当结构面下端裸露在边坡上，岩层的抗剪强度不能抵抗滑动岩体的向下滑动力时，破坏沿面发生。
(2)楔形破坏:边坡岩体中两个或两个以上的结构面与边坡相交，岩体相互相交形成楔形体，产生破坏。当两组或多组结构面的组合相交倾向与边坡相似，且倾角小于边坡角但大于结构面上的内摩擦角时，就容易发生这种滑动，有时发生在单个台阶上，有时发生在几个台阶上，甚至发生在整个边坡上。
(3)弧形破坏:边坡岩体破坏时，其滑动面呈弧形滑动。这种破坏通常发生在土质矿体或硬度不到中等的岩石中，颗粒结构的破碎岩石或软弱沉积岩中的边坡经常以这种方式破坏。在破坏前，受损边坡往往会出现明显的静态裂缝和变形。
(4)倾倒破坏:当岩体中的结构面或面较陡时，在重力形成的力矩作用下，各单层软弱面向自由面变形。当层状岩体的结构面与边坡平行，倾角与边坡相反，倾角为70° ~ 80°时，由于坡脚岩体的压缩或上覆岩层的挤压，层状岩体将发生弯曲、破碎和倾倒。这种失败不同于前三种失败。主要不是剪切破坏，而是岩体在重力作用下的侧向坍塌。这种现象经常发生在斜坡的中部和底部，也是最危险的。
四。影响边坡稳定性的因素
据统计，在所有露天开采事故中，边坡失稳造成的人员伤亡约占50%。因此，有效控制此类事故的发生，将大大提高露天开采的安全性。在充分熟悉露天矿边坡破坏的原因和特征后，还需要进行现场调查和现场测量，深入了解岩石类型、岩体结构面、地下水和地表水、以往开采边坡的滑动和自然坡角的性质和特征，以识别和预测边坡破坏的类型和发生规律，并在此基础上改进边坡结构，以减少或控制边坡破坏的严重后果。
(一)岩体结构面及其影响
岩体结构面是地质形成过程中在岩体中形成的具有一定方向、规模、形状和特征的地质界面。它是劈理、节理、层理、片理等。在没有任何填充物的表面岩石之间；它是有填充物和一定厚度的裂缝；它是地层中比较薄弱的夹层，明显存在于上下两层；该带是具有一定厚度的构造破碎带、接触破碎带、古风化壳和海槽。岩体结构面是影响边坡稳定性的决定性因素，直接制约着边坡岩体变形破坏的发生发展过程。边坡破坏通常发生在岩体的结构面上。
1.岩体结构面的成因类型及特征:岩体结构面可分为一级结构面、构造结构面和二级结构面。原生结构面是岩体形成后留下的结构面，如层理、岩脉与岩壁的界面、原生凝结节理、片理、软弱夹层等。结构面有节理、断层、层间错动等。次级结构面是由风化、采矿和爆破引起裂缝。
2.岩体结构面分类:对岩体结构面规模及其对岩体稳定性影响的分类研究，有助于分清主次，掌握对岩体稳定性起主导作用的结构面，确定正确的处理方案。中国科学院地质研究所提出的分类标准是将岩体结构面分为五级。
3.岩体结构面对边坡稳定性的影响:①岩体中的结构面均为弱面，比较破碎，易风化。结构面上的裂隙常被易风化的次生矿物充填，故其抗剪强度较低，破坏了岩体的完整性。许多滑坡不是由岩石的极限强度引起的，而是由结构面的强度引起的，结构面的强度决定了边坡的稳定性。滑坡经常发生在结构面上。②结构面的存在为地表水入渗和地下水活动提供了良好的通道。由于水的活动，岩石和结构面的抗剪强度进一步降低。③受结构面控制的滑坡滑动面和边缘轮廓甚至决定了边坡破坏的类型。确定边坡岩体中的结构面及其强度是边坡稳定性设计研究的主要内容。各结构面的作用是相互影响、相互制约的，所以对任何剖面的岩体的工程地质评价都必须根据具体部位的具体情况来做。在研究矿区地质构造时，要注意分析是否存在构造应力场。如果存在结构应力，应在边坡稳定性分析中确定并考虑应力的性质、方向和大小。
4.结构面对边坡的破坏:在第一段边坡中，通常有几组优势结构面对边坡破坏起主导作用。这些结构面对边坡稳定性的破坏程度取决于结构面的特征、它们的切割关系以及结构面的产状与相邻空面(坡面)的关系。有三种典型的破坏类型:平台滑坡、楔形滑坡和倾倒滑坡。
平面滑坡:优势结构面与边坡倾角相同，倾角比坡角慢，故常发生平面滑坡。
楔形滑坡:有两组优势结构面，其相交倾向与边坡大致相同，当倾角比边坡慢时，往往发生楔形滑坡。
滑坡:优势结构面往往与坡面相对，倾角较陡，所以经常发生滑坡。
(2)岩性及其影响
1.岩石的结构和构造:由于岩石的成因类型不同，其内部结构和构造也不同，岩性也有较大差异。
岩石的力学性质不仅取决于岩石的矿物成分，还取决于矿物颗粒之间的连接类型(结晶或胶结、松散等非结晶连接)和结晶颗粒的大小。具有小晶粒的晶体的机械强度高，而具有大晶粒的晶体的机械强度相对低。对于沉积岩来说，由于结晶颗粒的强度远大于颗粒间的胶结物，在外力的作用下，岩石总是沿着胶结物被破坏，而不是被结晶颗粒破坏。硅质胶结物胶结的沉积岩强度高，碳酸盐和粘土胶结的岩石强度低，易被腐蚀。基底胶结的沉积岩具有较高的强度。
岩石结构对岩石的力学性质也有明显的影响。比如沉积岩的层理，变质岩的片理方向和垂向力学性质差异很大，而且是各向异性的。
2.岩石的孔隙度:岩石的孔隙度对岩石的吸水率和强度有一定的影响。随着孔隙度的增加，岩石的强度和弹性模量降低。
3.岩石的强度:岩石的各种强度一般可以按以下顺序列出:三轴抗压强度>:双轴抗压强度>:单轴抗压强度>:剪切强度>:弯曲强度>:拉伸强度。
岩石的抗压强度一般是抗剪强度的3 ~ 10倍，抗拉强度的10 ~ 50倍。大多数露天滑坡都是由剪切引起的，因此岩石的抗剪强度是衡量边坡岩体稳定性的必要条件。坚硬的岩石抗剪强度高，不易滑动，否则容易滑动，岩石常因剪切破坏而坍塌。
在粘聚力低、流砂、表土疏松的软弱岩体中，容易发生弧形滑坡。如果坡脚有软弱岩层，而边坡高度过高，则容易被坡脚的剪应力压垮，变形过大，导致上部岩体的整体破坏。
(3)地下水及其影响
地表水的渗透和地下水的活动往往是露天矿滑坡的重要原因。一般来说，地下水压力会使边坡稳定性降低20% ~ 30%。岩体裂隙中的地下水对裂隙两侧壁产生静水压力。
1.静水压力:可增加滑动力，减少摩擦阻力，不利于边坡的稳定。一般当地下水高于滑动面时，静水压力可使岩体的抗剪强度降低1/4 ~ 1/2。
2.动水压力的作用:当地下水在破碎岩体的裂隙或断层带中流动时，作用在流动的岩石颗粒上的压力称为动水压力，也称渗流压力。当动水压力较高时，裂隙或断层破碎带中岩体的岩石颗粒和可溶成分会被水流带走，使岩体的内聚力和摩擦力降低，产生所谓的潜流。欠蚀会破坏岩体的稳定性，特别是当地下水流与结构面连通时，更威胁边坡的稳定性。
3.遇水软化:对于粘土岩体和有节理裂隙的岩体，随着含水量的增加，其粘聚力C和内摩擦角φ显著减小，抗剪强度降低到干岩体的1/4 ~ 1/20。
在上述作用中，静水压力较为突出，它受地下水位变化的影响，也受地表水、降雨和岩体渗透性的影响，在一定范围内变化。降低地下水位是提高边坡稳定性的主要方法之一。
(4)爆破和地震及其影响
振动和地震对边坡稳定性的影响基本相同。只有爆破是人为可控的，而地震是目前人类无法控制的自然灾害。
1.爆破是露天矿常用的破岩方法，使露天矿边坡长期遭受反复爆破振动。爆破地震波穿过岩体时，对岩体的潜在破坏面施加附加振动力，使一级结构面和结构面的规模增大，产生二级结构面(爆破裂缝)，从而影响边坡的稳定性。①爆破振动对岩体的破坏取决于岩体的振动速度。②当岩体振动速度小于或等于25.4cm/5时，整个岩体不会被破坏。③当岩体的振动速度为25.4 ~ 63.5 cm/s时，岩体会有少许剥离。④当岩体的振动速度为63.5 ~ 25.4 cm/s时，岩体出现强烈的拉伸和部分径向破裂。
2.地震的影响:在地震活动频繁的地区，应考虑其对边坡稳定性的影响，特别是对于滑坡后可能造成重大损失的边坡。中国地震烈度分为12度。
(5)边坡几何及其影响
1.坡高和坡角:当坡角一定时，坡的垂直高度越高，越不稳定；当坡高一定时，坡角越大，越不稳定。因此，相关安全规程明确规定了不同岩性的边坡高度和坡角。
2.边坡的水平断面形状:向采场凸出的边坡表面水平拉应力集中，容易产生张开的次生节理或扩大原有节理，从而影响边坡的稳定性。在凹型采场的坡面上，水平压应力集中，可以增加摩擦力，防止岩体下滑，从而有利于边坡的稳定。如果边坡更加水平弯曲，突出到采场的部分容易受到拉应力破坏，不利于边坡的稳定。
3.斜坡的纵剖面形状可分为三类，即直平面斜坡、四边形斜坡和上缓下陡的凸形斜坡。①直平面边坡适用于中等深度、低台阶的露天矿。②凹形边坡不利于边坡的稳定。(3)凸形边坡是露天矿边坡的最佳形状，因为它具有上缓下陡的形状。
4.影响边坡的其他因素:①边坡上部结构；②风化
动词 （verb的缩写）结论。
通过以上分析可以看出，要实现露天矿山的安全生产，必须全面分析采场边坡特征，掌握边坡破坏规律，进而指导生产实践。特别是近年来，剥落、滑坡等事故频繁发生，应重点关注影响边坡稳定性的因素，通过定性和定量分析给出安全度，预测破坏类型，确定合理的技术措施和预防方案，控制和降低事故发生的概率。
