礦山排棄場滑坡事故的預(yù)防和治理

黃如莘

一、礦業(yè)經(jīng)濟(jì)中的一個古老而又現(xiàn)實(shí)的問題：索取與保護(hù)的矛盾

人類的采礦歷史實(shí)際上是一部人類對自然界的征戰(zhàn)史，通過不斷地征服自然，索取天然資源，以求得人類的生存和發(fā)展。但是，從古至今，人類一直沒有解決好對自然的索取和有效保護(hù)這一礦業(yè)經(jīng)濟(jì)中的一個古老而又現(xiàn)實(shí)的問題，非煤礦山排棄場滑坡災(zāi)害引發(fā)安全事故，就是其中的一個重要問題。迄今為止，我國的采礦業(yè)多是以粗放為主導(dǎo)的方式獲取財富，常常是以犧牲資源和環(huán)境為代價。我們已經(jīng)在承受著自然界對人類的無情的懲罰：我省閩東某礦山排棄場在1997年由于滑坡造成死亡17人，礦山下游整個自然村毀于一旦，后果嚴(yán)重。現(xiàn)在，各種人為的和災(zāi)害性的礦山事故呈上升趨勢，尚未形成礦山災(zāi)害事故的潛在隱患增加，特別是我國眾多的小礦山安全生產(chǎn)條件和管理都比較差，安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的形勢都不容樂觀；其后果是既嚴(yán)重危害廣大生產(chǎn)者的生命安全，又嚴(yán)重制約著我國礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。本文是筆者根據(jù)自己多年的設(shè)計和實(shí)踐體會，對福建省非煤礦山排棄場滑坡災(zāi)害事故的主要問題進(jìn)行分析，并根據(jù)排棄場設(shè)施的特點(diǎn)，提出防治建議。

二、非煤礦山排棄場滑坡災(zāi)害事故的成因及其表現(xiàn)

1、基本原因

2004年9月20日，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督局就出臺了《金屬非金屬礦山排棄場安全生產(chǎn)規(guī)則》，《國家安全生產(chǎn)科技發(fā)展規(guī)劃》也把預(yù)防和治理非煤礦山排棄場災(zāi)害事故列為非煤礦山安全生產(chǎn)科技發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)之一。但從有法可依到有法必依通常要走一段較長的路。在礦山的實(shí)際開采中，由于從業(yè)人員特別是礦山業(yè)主對排棄場安全問題認(rèn)識有限，特別是受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，短視和掠奪式經(jīng)營的理念盛行，廢石的隨意排棄或排棄場的不當(dāng)設(shè)置仍相當(dāng)普遍。排棄場危害的產(chǎn)生與形成在時間上具有滯后的表現(xiàn)。我省小型礦山的興起是在上個世紀(jì)七、八十年代，至目前由其引發(fā)自然災(zāi)害的頻率尚未引起人們足夠的重視。故建設(shè)初期工程勘探和排棄規(guī)劃設(shè)計等涉及到排棄場建設(shè)的許多重要方面常被忽視，不經(jīng)設(shè)計隨意堆置的排棄場不在少數(shù)。我省為山區(qū)省份，礦山多分布于高山、丘陵地帶，這類隨意堆置的排棄場常存在場址選擇不合理、堆排工藝不科學(xué)等問題。這就給排棄場留下了不少安全隱患。

2、主要表現(xiàn)

一是排棄場滑坡。排棄場是露天礦組織生產(chǎn)不可缺少的附屬工程，它作為露天礦山存放廢石的場地，是以人工排入形式把大小各異、形狀不同的廢石塊堆積在一起，這些雜亂無章、離散分布的廢石塊又承受著上方堆體荷重。排棄場基底與廢石塊之間接觸是不連續(xù)的、離散的蜂窩狀，剛性與塑性體之間呈嵌合式接觸。特殊的結(jié)構(gòu)極易使巖土體依附于其內(nèi)在或潛在的軟弱結(jié)構(gòu)面（帶），在重力、雨水等綜合因素作用下，失去原有的平衡條件，長期堆放累積形成的廢巖邊坡失穩(wěn)，致使松散廢巖棄土整體大規(guī)模錯動、滑移，造成滑坡。排棄場滑坡的類型通常有：推動式滑坡和牽引式滑坡。前者是生產(chǎn)中排棄工藝不科學(xué)，如堆排邊坡太大、加載過快、人為干擾、或自然不可抗力的作用引起，其活動方式是上部先滑動，而后推動下部一起滑動。后者是基底存在的軟弱層在基建期處理不當(dāng)，或排水設(shè)施不健全等原因，致使排棄場荷載作用下的基底抗剪阻力急劇下降，受荷變形、造成整體剪切破壞，其活動方式是底部滑動而引發(fā)排棄場整體失去平衡。

二是泥石流。泥石流實(shí)際上是滑坡的特例。我省地處季風(fēng)氣候區(qū)，降水量大而集中，排棄場選址不當(dāng)是降雨引發(fā)泥石流的根本原因。它是一種高濃度固體和液體的混合顆粒流。它爆發(fā)突然、歷時短暫、來勢兇猛、具有極強(qiáng)的破壞力。排棄場泥石流從成因上一般分為水力侵蝕型和重力侵蝕型。水力侵蝕類型泥石流是排棄場設(shè)置在匯水面積大的山谷地帶,由于暴雨或水庫崩壩等原因突然形成急劇的徑流，在水流沖刷作用下洪水夾雜著大量的泥沙和石塊沿陡坡地形急速流動。石塊數(shù)量不斷增加，而且在運(yùn)動中又不斷攪拌成為具有特殊性質(zhì)和流態(tài)的流體，這就是泥石流。這類泥石流形成的條件，必須是水體的流動力要大于固體碎屑顆粒間的總阻力。重力侵蝕類型泥石流是排棄場堆積的廢棄渣土受降水、徑流的浸潤滲透，含水量逐漸增加，自身重力隨之增大，致使堆積物的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角相應(yīng)減小，堆積的廢棄渣土因內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角相應(yīng)減小而逐漸出現(xiàn)液化，其穩(wěn)定性下降而沿坡面滑動。經(jīng)過一定的時間和一段距離的混合攪拌，生成泥石流體。此外,亦可能由坍塌、滑坡體直接轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗍鳌?/p>

三、治理和預(yù)防非煤礦山排棄場滑坡災(zāi)害事故的思路

針對排棄場災(zāi)害事故的上述成因和表現(xiàn)，除了加強(qiáng)相關(guān)的行政管理外，還要積極研究有利于排棄場安全的治理措施和設(shè)計方案。根據(jù)多年現(xiàn)場調(diào)查和踏勘經(jīng)驗，筆者提出以下在我省治理和預(yù)防非煤礦山排棄場滑坡災(zāi)害事故的基本思路。

1、治理措施

對建設(shè)初期考慮不周或隨意堆置的排棄場，應(yīng)當(dāng)盡可能予以補(bǔ)救。針對推動式滑坡的生成機(jī)制，要結(jié)合排棄場現(xiàn)狀對排棄場的穩(wěn)定性進(jìn)行重新驗算,修正排棄場技術(shù)參數(shù)，重新制定合理可行的堆排工藝，對超載的堆場自上而下分層進(jìn)行人工卸載。針對牽引式滑坡的生成機(jī)制，要克服由于相關(guān)條件的先天不足而產(chǎn)生的治理困難，治理措施要三管齊下：排水、改善滑動帶土的工程性質(zhì)并加強(qiáng)支擋。使排棄場獲得新的平衡。針對泥石流的形成機(jī)制，對水力侵蝕類型泥石流采用蓄水、引水和截水工程，控制地表徑流削減水動力，使水土分離。對重力侵蝕類型泥石流可設(shè)置攔擋構(gòu)筑物，攔蓄固體物質(zhì)，用排水及支護(hù)等手段防止繼續(xù)發(fā)生邊坡崩塌和滑坡?？傊褪且壮樾?，破壞其生成條件。對暫時無法解決安全隱患的困難地段應(yīng)搬遷下游民居，以防事故的發(fā)生。

2、對新建排土場應(yīng)以防為主多管齊下，其預(yù)治措施應(yīng)著眼以下幾個方面

（1）選擇最合適的場址建設(shè)排棄場。這是最基本的防治思路。要從優(yōu)選地形、水文和工程地質(zhì)條件、植被及周邊環(huán)境等因素入手，進(jìn)行合理設(shè)計。避開塌方老滑坡、老泥石流、地下河，斷層、破碎帶、軟弱基底等不良地質(zhì)區(qū)，避免跨越流水量大的溝谷等不利因素，適當(dāng)改造有關(guān)條件，以使之適應(yīng)實(shí)際需要。設(shè)立截水溝，建立廢石壩、攔泥壩等配套設(shè)施，防止水土流失造成滑坡和泥土流失等災(zāi)害的發(fā)生，增強(qiáng)排棄場的穩(wěn)定性。

（2）合理控制排巖順序避免形成軟弱結(jié)構(gòu)層。露天礦山一般采用的是汽車運(yùn)輸，推土機(jī)排棄工藝。巖土在排棄過程中不加以控制易造成巖、土成水平或傾斜分層。水平分層，是由于巖土按其采出順序堆排形成不同的結(jié)構(gòu)分層；傾斜分層，是由于巖石比重不同，加之排土強(qiáng)度的不均衡性，形成排棄物料沿自然邊坡角的傾斜分層。巖、土分層易形成軟弱結(jié)構(gòu)層，造成滑坡。為盡量減少分層作用，在排土過程中，宜采用選擇性排土法，即將排土場分為若干分區(qū)，分別排棄不同構(gòu)造性質(zhì)的巖土，并采用排巖機(jī)械及時整理排卸平臺。在堆排過程中底部應(yīng)先以大塊廢石墊底，以利滲透，并用大塊巖石堆置在最底一個臺階反壓坡腳，增強(qiáng)廢石場穩(wěn)定，防止滑坡形成。

（3）控制排土推進(jìn)強(qiáng)度和堆置邊坡。設(shè)計要嚴(yán)格控制排棄推進(jìn)強(qiáng)度、排棄強(qiáng)度。排棄強(qiáng)度的大小，對排棄物料及其基底內(nèi)壓力增長速度有很大的影響,當(dāng)應(yīng)力增長速度超過一定數(shù)值，與排棄物料和基底土層性質(zhì)不相適應(yīng)時，就會破壞排棄場的應(yīng)力平衡狀態(tài),導(dǎo)致滑坡。因此，在排棄過程中，應(yīng)通過試驗和觀察確定合理的堆排速度，嚴(yán)格控制排土強(qiáng)度，防止由于排棄物料及基底土層超載而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，還應(yīng)注意排棄場最終堆置邊坡應(yīng)小于巖堆的最小安息角。

（4）排水。設(shè)計應(yīng)沿排棄場上方設(shè)排洪溝，當(dāng)排洪溝設(shè)于破碎巖體或土基上時，應(yīng)選用漿砌溝。將排棄場上游水有組織引至排土場攔截壩的下游，排棄場堆排平臺應(yīng)用推土機(jī)推成反向坡度，讓平臺上的雨水排入排水溝，平臺上如發(fā)現(xiàn)有下沉，裂縫時應(yīng)及時回填，以防雨水滲入。

（5）積極處理排土場基底。排棄場在投入使用前應(yīng)將基底植被清除干凈，自然地形坡度大于1：5的坡地應(yīng)做成臺階狀，也可在基底進(jìn)行爆破，形成凹凸不平的抗滑面增加穩(wěn)定性。對于基底表土或較薄的軟巖層，可在排土之前開挖掉；若軟巖基底較厚，則預(yù)先開挖處理是不經(jīng)濟(jì)的，此時則要控制排巖階段的堆置高度，以使基底得到壓實(shí)和逐漸分散基底的承載壓力。對地下水、沼澤地可設(shè)置盲溝、滲溝排水。

（6）坡面防滲層。為防止大氣降水沿坡面滲入，惡化邊坡條件，對經(jīng)過清理、整平、壓實(shí)后的平盤和斜坡，進(jìn)行坡面防滲處理。防滲材料可選用采場剝離粘土，沿坡面堆放后，由推土機(jī)推平碾壓，并結(jié)合進(jìn)行地表綠化固土。

（7）選擇合理的林木種植方法綠化排棄場坡面。在排棄場坡面合理地栽植林木，發(fā)揮林木對土壤的固持力作用來增強(qiáng)抗滑性能。首先，在坡面的被動段宜種植深根性的高大林木。這些林木長大后，根系深入危險滑面的縱深處，斜坡的抗滑性能會大為增強(qiáng)。其次，等到被動段林木長大后，再在斜坡主動段種植沙棘等耐旱性強(qiáng)、這類樹干矮而根多且深、消耗水分大和蒸發(fā)量高的灌木，同時盡量修剪其地上部分，以減輕其自身重量。這樣可以利用其自身重量小，助滑力小的優(yōu)點(diǎn)，提高排棄場穩(wěn)定性。