露天矿边坡稳定及检测
1 概述
露天采场由于受到地形地貌、自然环境、矿岩构造等因素的制约，在实施采剥 生产过程中，边坡岩体的稳定程度取决于岩体本身的应力平衡状态，当下滑力大于 抗滑力时，就很容易出现滑落。大面积岩体滑落不仅会伤人，而且对露天采场的破 坏也是很严重的。影响露天矿边坡的稳定因素是复杂的，其中岩体的岩石组成、岩 体构造和地下水是最主要的因素，此外，爆破和地震、边坡形状等也有一定的影响， 边坡地下水和生产爆破的影响甚小。露天矿边坡的稳定性是关系到露天矿山安全生 产及其重要的因素之一。从经济开采角度讲，露天矿边坡的角度越大（越陡）开采 效益越好，可以少剥离岩石，降低开采成本。然而，过大的边坡角度必然导致边坡 滑坡等破坏的风险增大。由于露天矿边坡的高陡而造成的滑坡等破坏，不仅严重威 胁了边坡上部及下部采矿作业的安全，而且造成了巨大的经济损失，甚至可能发生 人员伤亡。因此，加强边坡管理、防止边坡大量变形与破坏是露天矿山开采和生产 管理的重要内容。
进行不同角色和权限管理，主要包括三个子项：用户登录、用户编辑和密码修改。
数据管理
边坡安全信息系
统
图文信息显示
系统管理
增修删查 加改除询 记记记记 录录录录
数图图查自图 据形形询动文 打导编属绘打 印入辑性图印
增修系系 加改统统 用密权维 户码限护
地址参数 数据库
物理力学 性质数据 库
边坡监测 预警数据 库
监测点以及钻孔等图形的具体位置。 4) 新属性录入功能：能够在新绘制的图形中拾取坐标，并通过输入相关属性进
行空间信息和属性信息的图文查询。其新建边坡工程信息输入界面如图 5 所示。4 结 论露天矿的边坡安全在其安全生产中具有重要的意义，通过研发露天矿边坡安全管 理信息系统，改变了传统的边坡安全信息管理以人工为主的局面，利用数据库技术， 实现了露天矿边坡图形数据（AutoCAD）和监测信息的关联，能够对露天矿生产过程 中产生的海量信息进行信息化高效管理。在此基础上根据 GIS 思想，基于用户熟悉 的 AutoCAD 平台进行二次开发，建立露天矿边坡安全管理信息系统，能够对边坡监 测信息进行图文查询和信息添加，实现了与矿山现有信息系统的无缝链接，极大地 方便了矿山边坡安全管理工作，保障了露天矿的安全生产。通过在国内某大型露天 矿山进行系统实施，验证了该系统的可靠性和实用性。
交线的倾伏方向与边坡倾向一致，其中必有 2 个滑动面倾向不同且其交线的倾伏方 向与边坡倾向一致，倾角小于台阶坡面角即可引起三维楔形破坏采场。此类破坏发 生普遍，一般为台阶边坡破坏规模不大超过 1 个台阶高度的楔体并不多见。
（4）倾倒破坏 在块状结构的岩体中发育的陡倾角节理面或片理面，且存在着与此结构面平行 的边坡临空面使边坡岩体沿不连续面逐步变形倾倒，一般规模不大多为台阶边坡破 坏。 （5）崩塌破坏 发生在下部的软弱垫层与上部的坚硬盖层构成的层状或似层状边坡岩体中层状 结构的岩体，其下部强度低软岩发生变形崩解引起坡顶盖层张裂悬空和块体崩落。
钻 数据库
图 1 露天矿边坡安全管理信息信息系统结构
（4）系统实现 露天矿边坡安全管理信息系统的研发是基于 AutoCAD 二次开发的 GIS 系统，以 Access 作为系统的数据库平台，利用 Visual Basic。NET 开发整个系统，在实现数 据管理功能的基础上，运用坐标关联，实现了边坡信息在 AutoCAD 矿图上的图文查 询，满足了露天矿边坡管理对 GIS 功能的需要。其系统实现的主要功能包括： 1) 数据管理功能：对工程地质和工程地质参数数据、岩石物理力学性质指标数 据、台阶属性数据、地下工程数据、监测预警数据以及钻孔数据信息的修改、添加、 删除、查询、打印输出等功能，可以高效管理边坡数据。 2) 边坡信息查询显示功能：基于 GIS 技术，对监测点、边坡台阶、地下工程 以及钻孔等相应属性进行查询显示。 3) 自动绘图功能：根据数据库中存储的坐标，自动绘制形成边坡、地下工程、
4 露天矿边坡稳定的检测方法
露天矿边坡监测是边坡研究工作中的一项重要内容，随着科学技术的发展，边 坡监测工作的水平正在不断提高，随着各种先进的监测仪器和设备的出现，监测方 法和监测手段的日益完善，露天矿边坡监测将发挥更重要的作用。不过边坡安全管 理过程中产生的数据量十分庞大，以文字、表格、纸质图等传统的人工管理数据显 然不能满足露天矿生产的需求。本篇小论文基于此，开展了露天矿边坡安全管理信
（3） 系统结构与功能设计 在数据库设计的基础上，按照系统设计目标，对露天矿边坡安全管理信息系统 的系统结构进行了设计，如图 1 所示。根据系统架构对系统功能进行了分析，包括 基础数据管理、图文查询和显示、用户管理以及其他辅助功能等模块，其模块功能 如下： 1）数据查询与编辑：根据不同的数据类别，将数据分为边坡数据、地下工程数 据、监测点数据、地质构造、岩土体性质、钻孔数据等，分别实现对属性数据库中 各类数据的有效管理与维护（包括数据的修改、添加、删除、查询、打印输出等功 能）。 2）数据库导入导出：数据库导入是指将已经备份的数据库文件复制到系统的数 据库文件夹，以代替系统安装时的默认数据库，导入数据库是为了保证数据的时效 性。数据库导出是将本系统的数据库复制到指定位置作为备份，以防数据丢失。 3）更改连接的数据库：更改连接的数据库是指通过选择数据库文件的方式改变 系统安装时的默认数据库连接路径。 4）GIS 图文交互查询：GIS 图文交互查询是通过矿山的 AutoCAD 工程图形来 查询相关的工程信息，或者通过选择工程条件在图上标识出相应的工程元素。该模 块中主要包含启动 AutoCAD 功能、打开 AutoCAD 图形文件、查询工程信息功能、绘 制工程区域功能、绘制监测点功能、绘制钻孔功能、新建工程信息功能。 5）AutoCAD 图形导入导出：AutoCAD 图形文件导入是将其他目录的 AutoCAD 图 形文件复制到本系统下的 AutoCAD 图集文件夹，以实现对图形的系统管理。AutoCAD 图形文件导出是将本系统中 AutoCAD 图集文件夹中的图形复制到特定的目录下，以 实现对图形文件的备份。用户管理：完成对用户数据和数据库的维护，对系统用户
3 影响露天矿边坡的因素
（1）内因影响 1）岩体结构因素：在岩体强度及稳定性分析中，结构面被认为是特别重要的因 素，结构面强度比岩体本身的强度低很多。由于软弱结构面的存在，岩体的整体强 度大大降低，这增大了岩体的变形性能和流变性质以及加深了岩体的不均匀性、各 向异性和非连续性等。大量的边坡工程失事证明，一个或多个结构面组合。边界的 剪切滑移、张拉破裂和错动变形是造成边坡岩体失稳的主要原因。从边坡稳定性考 虑，应特别研究岩体结构面的成因类型、规模、连续性及间距、起伏度及粗糙度、 表面结合状态及充填物、产状及其与边坡临空面的关系等。 2）结构面的抗剪强度：结构面的抗剪强度是影响和计算边坡稳定的重要参数。 对它的测定和选用应仔细研究，并考虑其与潜在破坏条件相协调。3）地下水：水对 边坡岩体的稳定性的影响不仅是多方面的，而且是非常活跃的，大多数边坡岩体的 破坏和滑动都与水的活动有关。水作为自然界极其常见的流体，常常影响岩石的变 形过程，在很多情况下会加速甚至诱发岩石的变形与破坏。水在岩石中的作用与岩 石的结构特征有很大关系，主要表现在两个方面，一是水的物理化学作用，其往往 改变岩石的物质成分或结构，二是水的力学效应，这两种作用往往相互祸合，对岩
息系统的研究，以实现数据的高效管理和边坡信息的图文查询，为确保露天矿的安 全生产提供了有效的信息平台，针对露天矿边坡数据缺乏系统管理等问题，研发了 具备 GIS 功能的露天矿边坡安全信息系统，实现了边坡属性数据和空间数据的关联， 解决了传统边坡数据多源导致的图形数据和属性数据缺乏关联的问题，实现了边坡 信息在 Autopsy 矿图上的图文查询，满足了露天矿边坡管理对 GIS 功能的需要，对 于露天矿管理的决策支持具有重要意义。
2 常见破坏类型
（1）平面破坏 这是采场最普遍发生的一种破坏类型，其特点是边坡岩体中发育着一组走向与 边坡平行、倾向与边坡倾向一致，倾角与边坡相近的不连续结构面当岩体沿上述不 连续面滑动时即构成平面破坏。根据滑面形态特征的不同，平面破坏又可分为简单 平面破坏、复合型平面破坏、多平面阶梯状破坏和波状平面破坏。 （2）圆弧型破坏 当边坡岩体呈散体结构或岩体破碎、岩块间有较多泥质及其他碎屑物质充填块 间并无紧密结合时边坡沿弧形破坏面发生滑动。 （3）楔形破坏 由 4 组甚至 4 组以上结构面和临空面构成。其中必有 2 个滑动面倾向不同且其
（1）系统设计 露天矿边坡安全信息系统可以为边坡参数设计、边坡维护和治理、边坡安全稳 定性评价、建筑施工等工作提供第一手资料，以提高边坡管理的工作效率和边坡灾 害预测预警的能力，确保露天矿的安全生产。露天矿边坡安全信息系统应涵盖以下 基本信息：采场边坡台阶的分段开挖时间、边坡的岩性、岩土的物理力学性质、边 坡的水文地质和工程地质情况、采场边坡形成期间的降水情况、坡底坡顶及所有危 险边坡的监测变形数据和裂缝情况、边坡地下开采工程工作面位置、参数、施工时 间、开采进度、井巷布置、平面和断面状况等，可以随时查询并生成图件，提取资 料等。 （2）系统数据库设计 露天矿边坡工程数据库是整个系统的工作基础。露天矿边坡管理过程中产生的 数据主要包括两类：一类主要是和空间位置、空间关系有关的数据，即空间数据； 另一类是地理元素中非空间的属性信息，称为属性数据。本文通过坐标将空间数据 和属性数据相互关联起来，设计并建立边坡工程数据库系统，从而实现对边坡数据 的高效管理。 1）空间数据库的建立。空间数据是指露天矿生产实际的 Autopsy 图集。空间 数据库的建立是边坡安全信息系统中基础的部分，是基础数据管理、图文查询和显 示的前提。利用计算机来提取处理和查询数据以及进行图文并茂显示属性信息是该 系统的主要功能。 2）属性数据库的建立。边坡安全的属性数据采用关系型数据库存储的数据。图 形和属性数据分开存储有利于数据库的维护，同时也有利于提高数据的检索、查询、 统计速度。在建立属性数据库中，通过对边坡安全信息系统的数据分析及数据库中