神华国能宝清煤电化有限公司朝阳露天煤矿 黑龙江双鸭山 155600
摘要：随着我国露天煤矿开采规模的逐步扩大，采掘深度的增加，边坡工程存在的问题也呈多样化、复杂化。我国露天煤矿受其地质条件的影响，边坡问题频发，安全隐患不容忽视。多年来积累了丰富的理论及实践基础，基本形成了集理论研究、监测监控、治理工程为一体的综合技术体系。本文对我国露天煤矿边坡研究现状及发展趋势进行探讨。
关键词：露天煤矿；边坡研究；发展趋势
1复杂边坡问题研究现状
现阶段随着开采技术的提高，复杂边坡问题凸显，学者逐渐把目光聚集到复杂边坡问题研究上。露天矿由于地质构造、岩性特征以及开采工艺等方面的影响，产生的边坡问题尤为严重。其中，软岩边坡、多弱层边坡、断层构造边坡、顺层边坡以及高陡边坡等对矿区生产产生了巨大影响，逐渐引起了众多学者的关注。
1.1软岩边坡
在露天煤矿开采过程中，软岩受到自身重力、水、震动力等因素长期作用，结构和力学性质等发生改变，最终导致边坡发生失稳或滑坡的风险。陈鹏等对断层影响下顺倾软岩边坡稳定性进行了分析，对断层对边坡体的影响机理进行了进一步研究。Makoto等通过分析非线性分析方法的适用性，认为该方法考虑了渐进式失效评估岩质边坡稳定性，结果表明，该方法较适用于评价边坡地震稳定性。
1.2多弱层边坡
目前软弱夹层对岩体稳定性的研究已有较多成果，但是岩体内部软弱夹层较多时，岩体与软弱夹层相互作用引起的变形和稳定性问题研究成果较少，且对于存在多个弱层及弱层被断层切割的复杂边坡稳定研究的文章也寥寥无几。李晓俊人工干预并组合了边坡中的不同弱层滑坡路径，进一步对边坡的稳定情况进行分析，为加固边坡提供了依据。许宝田等分析九顶山边坡岩体内存在的3条较大规模的软弱夹层并提出相应的加固方案。Cao等采用FLAC3D的残余推力法和数值模拟提出了多煤层露天矿的优化措施,并利用该方法分3个阶段优化了霍林河南露天矿多个煤层的坡面形态。
1.3断层构造边坡
断层构造对边坡稳定性影响极大，对于露天矿安全生产有着极大的影响，人们长期关注的焦点都在其空间展布规律的探讨和预测上，目前国内外学者多从统计规律和力学成因方面对其展开的研究。李文秀等根据我国西部山区某露天矿工程实际，采用有限单元法对爆破动力和地下水作用下高陡岩石边坡开挖的动态过程进行了模拟，计算了边坡安全系数。王学滨等利用能量准则得到断层带-围岩系统的失稳判别依据，它与岩石材料的本构参数及岩石结构的几何尺寸都相关，说明系统的稳定性具有尺寸效应，断层岩爆与矿柱岩爆失稳判据具有一定的类似性。
1.4顺层边坡
在各种结构类型的滑坡中，层状滑坡的破坏性较大，其中顺层滑坡的发生几率和破坏程度更大，成为关注的焦点。李树森等和刘小丽等分析了层状顺层边坡失稳机理，得出了层状结构顺层岩体斜坡溃曲破坏的下部临界载荷、临界坡长，并经实际计算验核，对斜坡工程评估、灾害预测防治提供了重要依据。朱晗迓等对岩石弹性模量、层间滑动面强度、岩层厚度、层面倾角等因素对类似边坡溃屈破坏临界坡长的影响进行了分析。
1.5高陡边坡
现如今，随着露天矿不断开采，我国大部分露天矿相继出现了许多高陡甚至超高的露天矿边坡，导致出现人员、设备事故频发等问题，极大的影响了露天矿安全生产，这已经成为当今社会关注的一个重点问题。杨杭认为，对高边坡稳定性进行综合管控需要从其变形破坏机理、监测预警、稳定性分析评价等方面进行，才能够更好地保障高边坡的安全。梅金等应用极限平衡法，对高陡边坡动态稳定性评价的技术流程进行研究，可更加全面、系统地评价了边坡稳定性。
2边坡变形监测预警技术
边坡变形监测预警技术是在边坡变形监测结果的基础上对监测数据进行分析，对边坡的稳定性进行预报的技术，为边坡变形监测的最终产物，可为矿方提供边坡的稳定性状态，确保矿方安全生产。边坡变形监测预警核心是提出滑坡判据及建立预警模型，国内外学者经过大量的研究，先后有40余种滑坡判据及预警模型被提出，一直从滑坡定性预警、滑坡定量预警过渡到滑坡综合预警阶段，总体来说包含确定性预警模型、统计预警模型、非线性预警模型及宏观预警模型4类。以上模型大多在对多种历史数据统计和分析的基础上，而对边坡的地质结构、力学特性及自身的演变过程考虑较少，且滑坡演化过程大多具有复杂性、随机性等特点，各预警模型具有一定局限性，只可用于特定类型或阶段的预警，滑坡预警结果不理想，主要表现为：成功率低、预警滞后、错误预警等。
3存在的问题及发展趋势
3.1边坡研究理论的深入化
在边坡稳定性研究方面，多年来以极限平衡理论为基础的静力学研究方法一直占据主导地位，同时衍生了多种多样的分析方法。由于边坡岩土介质有非均匀且非连续的空间复杂性特点以及随着破坏过程渐进的时间复杂性特点，且露天煤矿边坡不同于山体边坡及其他人为开挖边坡，其稳定条件受开采工作的影响较大，即还需深入研究边坡的动态稳定规律及影响因素。边坡长期演化属动力学的领域，存在破坏过程复杂，破坏机理不清，灾害影响严重，影响深远等特点，且稳定性研究是多学科交叉与融合的学科，许多关键性问题尚需国内外学者进行深入研究。
3.2边坡稳定控制精益化
随着我国开采技术及水平的提高，在保证安全前提下，如何实现资源的高效开采，是未来要重点解决的问题，现行的边坡设计一般是在选取适宜的安全储备系数后，以现状边坡或设计边坡计算稳定系数大于安全储备作为衡量边坡稳定的主要依据，进而进行边坡参数设计或优化。上述方法往往为追求边坡稳定一般计算所得的稳定边坡角较小，导致露天矿较高的剥离投入，同时造成边坡较大的压煤量。因此，如何在边坡监测预警预报技术的充分保障下，实现对边坡参数的精益化控制是未来的重点工作，与其相关的陡帮开采技术、排弃场地增高扩容技术、横采内排技术等均需要进一步深入系统研究。
3.3边坡监测技术的智能化、多元化
随着我国信息化技术水平的发展，矿山监测手段也体现出信息化、智能化的特征，在智慧矿山整体架构下，如何实现智慧边坡是广大科技工作者需要思考的问题，边坡监测技术的智能化不仅仅是监测手段的升级，更重要的是如何从源头实现边坡的智能化管理、智能化设计、智能化监控，同时，如何实现露天矿环境地质灾害多维度协同监测，如何基于监测和观测多元信息融合技术，实现对露天矿山边坡及地表变形等安全态势、动态变化的智能化预测和多维度防范。此外，需研究露天矿地质灾害综合观测与短临预报技术，确定露天矿山地质灾害短临预报关键指标、参数及临报时间，实现灾害发生前精准预警及预报，为监测矿山提供安全技术保障。
结束语
边坡稳定技术是一门系统性科学，其集采矿、地质、力学、安全工程等多学科为一体，露天煤矿边坡区别于自然山体边坡，其变形、失稳规律具有自身特点，对于露天边坡的研究既要寄托于相关专业学科的发展，又要结合其自身规律及安全需求。多年来，我国科技工作者结合我国露天煤矿自身地质条件及国家政策要求，致力于露天边坡的稳定、控制技术、监测监控、治理工程等方面的研究，并取得了长足进步，未来应围绕智慧露天矿山建设，在保障边坡安全或风险可控前提下，实现边坡智能化管理、设计，为露天矿山安全高效开采保驾护航。
参考文献
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