0 引言

随着露天矿的开采，煤矿排土场边坡数量逐渐增高，当受到降雨、人为等因素影响时，容易出现滑坡、泥石流等地质灾害，进而造成人员伤亡以及财产损失（黄润秋，2007；崔鹏和郭剑，2021）。由于高原地表侵蚀强烈，不利于保存连续的第四纪松散沉积物，容易出现滑坡等灾害，危害矿山生产。因此，对露天矿矿排土场边坡的稳定性展开研究，能够及时发现排土场边坡的异常情况，采取应急措施减少事故损失，对矿山生产以及人员安全具有重要现实意义。目前阶段，对于露天矿排土场边坡常规的地表监测手段有精密水准监测、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）监测、时间域反射技术等，然而，在高海拔区域，运用常规的地表监测方法会存在一些困难，比如：精确水准测量方法周期长、费用高，受到地形和天气的影响，而且持续的观测能力很弱（姚鑫等，2020；钱紫玲等，2023；易庆林等， 2023）；GPS 观测属于点测法，不能有效地反映地表整体状况，也不能开展大规模的观测工作；时间域反射技术不能确定滑坡移动方向，InSAR 技术是一种基于雷达干涉测量技术的高精度变形监测遥感手段（武利，2012），其探测精度可达毫米级，该技术在地质灾害的防治规划、山体滑坡、地表沉降、火山运动、地震变形、冰川漂移等方面均有广泛应用（刘凡等，2023）。因此利用InSAR技术监测煤矿高海拔排土场边坡安全稳定性研究具有一定的现实意义 （靳立周等，2023）。

1 矿区概况

西藏某露天铜矿排土场位于露采境界西北侧山坡以西的山坳，废石堆置在北部，最高堆置标高 5290 m，低品位堆矿石堆置在南部，最高堆置标高 5335 m，设计容量 51000×10⁴ m³，可排放废石量为 40800×10⁴ m（实方），堆存西部山头 5170 m 标高以上废石和东部5170~5320 m标高废石排放和采场低品位矿石的堆存。共计堆存剥离量 40690.82×10⁴ m³，1070168.5 kt。该排土场基建年开始投入使用，直到采场闭坑该排土场按设计容量 V=51000× 10⁴ m³ >10000×10⁴ m³ 为一级排土场，按堆高度 H>150 m为一级排土场，按照规范要求，该排土场为一级排土场。

场地三面山体的山顶标高为 5187～5388 m，和沟底相对高差为 400～700 m，山体坡度一般为 30°～50°，局部山顶陡立处达70°。坡面主要由第四系坡积块石、碎石、角砾构成，呈中密状态，颗粒间充填主要为粉质黏土和粉土，局部有砂土。左侧山体顶部局部有基岩呈陡立状出露，并形成危岩。沟两侧山体坡面大部地段植被发育较好，植被覆盖率 30%～40%，植被主要为高山草甸，沟源山体植被覆盖差，多为块碎石或基岩直接裸露。图1 为采场地形地貌图。

2 现状边坡滑坡模式分析

2.1 排土场边坡潜在破坏模式

排土场滑坡破坏模式主要有：排土场内部滑坡、沿排土场地基软弱层滑坡、沿地基接触面滑坡3 种类型（赵永红等，2018）。

（1）排土场内部滑坡

排土场内部滑坡是指地基基岩稳定，由于散体物料的力学性质，排土场工艺参数及外界条件（如降雨）所导致的滑坡。最常见的排土场内部滑坡由两个因素引起的，一是在排土场内夹排有软弱层，由于软弱岩石和废土层的抗剪强度较低，特别是在雨水渗透的情况下，容易发生滑坡；二是排土场台阶的高度超过了松散岩石和土壤的最大装载高度 （张青和史彦新，2005）。

滑坡是在松散岩石的自重作用下发生的。排土场由于采取了多台阶压坡脚式排土方式，目前所处的第一台阶排土阶段是整个排土作业周期中最不利的生产阶段。经现有资料验算，现状边坡处于欠稳定状态，但整体排土边坡的稳定性随着逐台阶压坡脚的实施，排土边坡的安全稳定性逐步提升 （廖明生等，2012；朱建军等，2017）。

（2）沿地基接触面滑坡

当排土场散体岩石与地基接触面之间的摩擦强度小于排土场散体物料内部的抗剪强度时，易产生沿地基接触面的滑坡（王志勇和张金芝，2013）。沿地基接触面滑坡一般发生在地基倾角较陡的情况下。散体与地基接触弱面往往是由于在接触带上排弃第四系表土和强风化岩石，或由于地表植被、腐殖土形成软弱层。

（3）沿排土场地基软弱层滑坡

排土场地基含有软弱地层时，由于软弱层的强度或承载力较低，在排土场散体岩石荷载或雨水等因素作用下易产生地基底鼓和滑坡，从而产生沿软弱地基的滑坡。

综上所述，考虑到排土场最危险的滑坡模式为单台阶圆弧滑动，而受基底影响整体边坡也可能发生折线滑动，因此，此次稳定性计算分别采用简化毕肖普法和Morgenstern-Price法综合分析排土场边坡的稳定性

2.2 边坡稳定性分析

图2~图4 分别为排土场剖面位置图、1-1 剖面和 2-2剖面图。本文在该排土场共选取了 2条计算剖面，1-1 剖面为排土场临空面最长计算剖面；2-2 剖面排土场为低品位原矿堆场剖面，最高台阶标高 5392 m，最低台阶标高5290 m。

利用对该矿岩石力学参数相关的一些试验结果的工程处理，综合选取岩体力学参数，通过对排土场边坡进行极限平衡分析，发现排土场堆积体、接触面和基底安全系数高于规范要求，计算结果如表1~表3所示，排土场稳定性满足规范要求。

3 排土场边坡稳定性监测

3.1 监测评估依据

InSAR 系列边坡雷达监测预警系统采用“速度 —面积—持续时间”三参数预警模型，边坡监测评估依据表4 所示（姚鑫等，2017；戴可人等，2019）。以下预警值会根据矿山采场作业情况及当地天气情况动态调整，其中边坡雷达重点监测区域若处于剥离施工、爆破作业区或采场当地恰逢雨季，该预警值会适当提高（赵超英等，2019；韩冬建等， 2020）。

出现预警需观察一定周期，参照现场实际情况如光照、粉尘、现场施工、车辆振动及边坡面风化脱落等情况综合分析是否存在边坡岩体滑坡隐患（刘星洪等，2018）。

累计位移仅为雷达预警参考值，不作为边坡滑坡与否的绝对值（朱文峰等，2019）。

3.2 边坡雷达监测数据分析

3.2.1 上半年度重点区域变形分析

图5 为 2023 年度上半年度的排土场边坡累积监测云图，从监测云图可以看出，上半年度最大值累积正向变形值为 654.67 mm，最小累积负向变形值为-608. 03 mm，大部分边坡点位累积变形值集中在-104～+148 mm，其中上半年度变形较为活跃的区域为变形活跃区域1和变形活跃区域2，以下分别对这两个区域进一步分析上半年度监测数据。

（1）变形活跃区域1

变形活跃区域位于采场顶部区域，区域面积为 1800 m²，其中最大形变值达到 474.50 mm，对该区域进行曲线分析，由图6 的变形曲线及速度曲线可知，该区域在 2月 1日—4月 1日变形曲线呈现递增趋势波动，累积变形量从 0. 00 mm 增加至 422.56 mm。在 4 月 1 日的负向变形速度较大，为 119.70 mm/m；在 5 月 1 日正向变形速度较大，分别为 309.34 mm/m，推测该时间段可能受到降雨及爆破施工作业扰动影响，导致变形量较大。在 4 月 1 日 —5月 1日期间，该区域变形曲线增速有所减缓，累积变形量从 422.56 mm 增加至 474.50 mm，期间变形速度共增长了51.94 mm。

（2）变形活跃区域2

变形活跃区域2同样位于采场西帮顶部平台区域，区域面积为 10000 m²，其中最大形变值达到 341.50 mm。由图7可知，上半年度变形活跃区域 2 变形曲线于2月1日—3月1日呈现线性递增趋势波动，之后曲线变形开始呈现下降姿态趋势，2月 1日 —3 月 1 日期间累积变形量从 0. 00 mm 增加至-341.50 mm，在 3 月 1 日的正向变形速度最大为 246.17 mm/m，3月 1日的最大负向瞬时变形速度为-325.20 mm/m，4 月 1 日—5 月 1 日期间变形曲线较为平稳，变形量无明显增加；其中2月1日—3月1日变形增加速度较高，该时间段可能受施工影响，期间变形速度波动较大。上半年该区域速度曲线波动主要集中在 2月 1日—4月 1日期间，但整体波动趋于稳定，无异常变形情况。

3.2.2 下半年度重点区域变形分析

2023年 7月 1日—12月 31日，排土场边坡雷达对采场边坡进行了全天时、全天候监测，保证了矿山安全生产。图8为下半年度四代矿山边坡安全智能在线监测预警平台监测边坡累计变形云图。

整体来看，边坡雷达监测区域视向累计变形上限值为 358 mm，变形下限值为-250 mm，其中 50.42% 的边坡点位累计变形量在-8～+113 mm 之间（图9）。根据监测云图显示南侧标识区域 1和标识区域 3 变形较为活跃，变形速度波动较大，因此，分别对下面两个重点区域半年监测情况进行详细分析。

（1）标识区域1

由图10变形曲线及速度曲线可以看出，该区域变形曲线自 7 月 10 日—9 月 1 日期间始终呈现匀速增长趋势，最大点位的累积变形量从 0. 00 mm 增加至 192.34 mm，变形速度基本保持在-30 mm/m，但在 8 月 1 日至 11 月 1 日期间，该区域变形有逐渐较缓趋势，变形速度相对有所下降，最大变形速度波动量由8月1日的166. 00 mm/m降至6.35 mm/m，由于该区域稳定性一般，后续需加强该区域的监测工作，矿方也需加强日常巡查工作。

（2）标识区域3

图11为标识区域 3区域变形曲线及速度曲线，由图可知，该区域变形曲线波动主要集中在前期，于7月1日—9月1日变形曲线呈现线性递增趋势波动，变形量明显增加，且主要为负增长，最大累计变形量达到-215.73 mm，9 月 1 日之后变形曲线开始呈平缓变化趋势，近乎处于零波动状态；速度曲线同变形曲线波动时间节点出现相应波动，其中于 8 月 1 日出现波动峰值，最大速度曲线波动量为 200 mm/m，之后该区域变形有逐渐较缓趋势，该区域边坡坡面表层为散体状结构，强度低，稳定性差，在降雨、爆破施工作业及地表水渗流作用下容易导致坡面的散体结构有一定的变形差异。

4 结论

（1）经分析，排土场最危险的滑坡模式为单台阶圆弧滑动，而受基底影响整体边坡也可能发生折线滑动。根据《有色金属矿山排土场设计标准》 （GB 50421-2018）中等级划分规定，该排土场等级为一级。经计算排土场划分的 2 个剖面，边坡安全系数均大于1.4，排土场边坡堆积体、接触面和基底安全系数符合规范要求。

（2）变形活跃区域坡面表层土体较为松散，碎石堆积体较多，岩体强度一般、稳定性差，且下方存在较大规模的采空区，在降雨、爆破施工等外界因素影响下，从而导致区域变形明显，坡面可能存在少量的碎石土下滑，平台区域有一定的沉降差异变形。

参考文献