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面向国民经济主战场,武汉岩土所十五年科技支撑海南铁矿取得重要进展

发布时间:2019-02-20 16:54:29
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    海南矿业股份有限公司石碌铁矿是亚洲最大的“富铁矿”,位于海南省昌江黎族自治县。北一露天采场是石碌铁矿最大露天采场,结束露天开采前一直是整个公司铁矿石原矿的主要来源。北一采场西帮边坡的稳定性直接关系到整个北一采场的安全生产,决定着整个采场的命运。矿区地质构造复杂,各级结构面十分发育,边坡初始稳定性不高。随着采矿作业不断推进,边坡高度和角度不断增加,风险日益加大。自1998年开始,产生了较大变形,至2006年累计变形已超过1m,加之爆破扰动等原因,不断发生小规模滑坡或垮塌,严重威胁采矿生产和矿场交通安全。台风引起的极端降雨常使边坡多处产生超过5m的变形量,进一步加剧了边坡安全隐患。 

  面对极端降雨及采动条件下复杂高陡露天矿边坡安全控制的世界性难题,2006年起中科院武汉岩土力学研究所应邀参与科技攻关。崔银祥等科研人员在李小春研究员和许东俊研究员等的指导下,连续奋战十五年,完成了边坡稳定性研究、治理设计、施工支撑、监测预警以及地采影响评价等十余项科研项目,攻克了一系列技术难题,实现了高度超过460m大型铁矿高陡边坡风险的有效管控,确保了北一采场这一“聚宝盆”在露天开采的最后十五年内真正做到“不停产”,由边坡地质灾害引起的伤亡保持为“零”,安全结束露天开采并顺利转入地下开采。 

  首先是针对矿区地质构造条件复杂等问题,研究团队强化现场工程地质诊断和成因机制分析,精准识别关键区域、破坏先后顺序和深度。制定了“早研究,早发现,早预防,多治水”的总体原则,设计了三期监测治理方案。分析成因机制和破坏模式,对不同部位进行超前锚索加固和排水。其次是针对台风期间极端降雨的影响,研究团队开发了应对极端降雨条件下矿山边坡多项治理与监控技术。提出了根据钻孔排风量变化和锚索张拉记录动态调整锚索的长度和加固区范围,重点区域锚墩集成排水功能等加固方案。矿山排水中首次使用了沟网设计,有效降低了局部排水不畅引起整体排水系统失效的风险。在应急修复和水沟施工中创新性使用了土工布、发泡剂等材料方案,大大提高了降雨条件下排水沟抗变形能力。第三是针对边坡持续变形及其影响的高度不确定性问题,研究团队十五年常驻矿山,建立动态闭环反馈控制机制,确定变形预警阈值,实现了现场预警和决策支持,有效支撑了现场生产决策和指挥调度。 

    武汉岩土所的研究成果和设计方案均被海南矿业股份有限公司采纳,边坡预警和生产建议均转化为生产防控指令,研究成果有效转化成了生产力,科研工作直接服务了企业安全生产。2006以来,武汉岩土所科研团队为海南矿业股份有限公司发展提供了重要的科技支撑,取得了良好的经济效益和社会效益。

图1 海南石碌铁矿北一采场西帮边坡全景

图1 海南石碌铁矿北一采场西帮边坡全景

图2  部分现场监测预警数据

图2 部分现场监测预警数据

图3 国土资源部地质灾害治理专项验收,岩土所崔银祥向专家组汇报

图3 国土资源部地质灾害治理专项验收,岩土所崔银祥向专家组汇报