齊大山鐵礦排土場(chǎng)增高擴(kuò)容穩(wěn)定性分析

李傳林 王永增 王 瑞

(鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)齊大山鐵礦，遼寧 鞍山 114043)

齊大山鐵礦排土場(chǎng)增高擴(kuò)容穩(wěn)定性分析

李傳林 王永增 王 瑞

(鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)齊大山鐵礦，遼寧 鞍山 114043)

由于露天礦開(kāi)采量的增大和土地資源的緊缺，迫使企業(yè)在老排土場(chǎng)上進(jìn)行增高擴(kuò)容，由此引起的安全問(wèn)題日益突出。以齊大山鐵礦某排土場(chǎng)為例，分析驗(yàn)算該排土場(chǎng)增高擴(kuò)容方案的可行性。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)取得的邊坡散體力學(xué)參數(shù)，根據(jù)工程地質(zhì)勘察成果建立排土場(chǎng)邊坡模型，利用極限平衡法計(jì)算排土場(chǎng)分別坐落于基巖、黏土層之上，邊坡體內(nèi)無(wú)地下水，低水位、高水位情況下的邊坡安全系數(shù)，獲得了地下水對(duì)于排土場(chǎng)邊坡安全的影響規(guī)律；尤其是當(dāng)排土場(chǎng)坐落于黏土層之上時(shí)，邊坡安全系數(shù)隨著地下水位的不斷升高而迅速降低，嚴(yán)重影響邊坡安全。由排土場(chǎng)180～230 m不同高度的邊坡穩(wěn)定性分析可知，在180～220 m，排土場(chǎng)安全穩(wěn)定性系數(shù)由1.122降到1.116；而在230 m，安全系數(shù)則增長(zhǎng)到1.142。所獲邊坡穩(wěn)定性隨地下水位和邊坡高度的變化規(guī)律為邊坡安全性評(píng)價(jià)及整治方案確定提供了有力依據(jù)。

排土場(chǎng) 邊坡 地下水 高度 穩(wěn)定性分析

目前，隨著人們對(duì)資源需求的增大，促使我國(guó)礦業(yè)生產(chǎn)速度不斷加快，造成了排土場(chǎng)面積正在以每年340 km2的速度迅速增長(zhǎng)，然而企業(yè)面臨著征地難度大、搬遷費(fèi)高等因素，為了滿足生產(chǎn)要求不得不進(jìn)行排土場(chǎng)增高擴(kuò)容[1]。由于排土場(chǎng)為廢棄散體巖石堆積而成，隨著高度的增高，其發(fā)生各種地質(zhì)災(zāi)害的可能性逐漸增大，因此，保證排土場(chǎng)的穩(wěn)定性對(duì)排土工程安全與礦山生產(chǎn)順利進(jìn)行具有重要的意義[2-3]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)這種松散體堆積而成的排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性研究，多采用極限平衡等常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法[4-6]，結(jié)合排土場(chǎng)散體物理力學(xué)及排土工藝研究，系統(tǒng)地開(kāi)展排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析[7-8]。本研究以齊大山鐵礦某排土場(chǎng)為例，主要分析水文地質(zhì)條件及排土場(chǎng)邊坡高度等因素對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響，對(duì)增高擴(kuò)容方案進(jìn)行合理性評(píng)價(jià)，為確定排土場(chǎng)邊坡整治方案提供有力依據(jù)。

1 工程概況

鞍鋼集團(tuán)鞍山礦業(yè)公司齊大山鐵選廠位于鞍山市千山區(qū)齊大山鎮(zhèn)桃園村內(nèi)，該選礦廠膠帶機(jī)排土場(chǎng)位于該廠露天采坑?xùn)|邊、風(fēng)水溝尾礦庫(kù)北面。排土場(chǎng)所在地區(qū)地貌類(lèi)型屬低山丘陵地貌，區(qū)內(nèi)人工活動(dòng)強(qiáng)烈，形成廢礦石堆積、礦石采挖等人工地貌。本場(chǎng)地地下水類(lèi)型為第四系孔隙潛水，地下水補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，排泄方式為大氣蒸發(fā)及植物蒸騰作用。該排土場(chǎng)于2004年用擴(kuò)幫排巖形成100 m和140 m 2個(gè)臺(tái)階，膠帶機(jī)排巖形成200 m臺(tái)階，上排形成213 m平臺(tái)；近年來(lái)用擴(kuò)幫排巖在213 m平臺(tái)上又加高至230 m，而排土場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)高為206 m，現(xiàn)已大大超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高，故需要對(duì)該排土場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

2 排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

主要通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)不同空間位置上的試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析，獲得穩(wěn)定性計(jì)算所需的力學(xué)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查結(jié)果建立排土場(chǎng)邊坡模型，利用極限平衡法中對(duì)各工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，以下主要通過(guò)水文地質(zhì)條件和排土堆置高度2個(gè)因素對(duì)礦山排土場(chǎng)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行分析。

2.1 水文地質(zhì)條件對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響

降雨和地表水對(duì)于排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響很大，有時(shí)起著決定性的作用，據(jù)調(diào)查資料，礦山因水文條件而造成排土場(chǎng)滑坡示例約占總數(shù)的50%。這說(shuō)明了排土場(chǎng)物料中含水量高，或受水的浸潤(rùn)大大降低了其力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。

地下水存在于排土場(chǎng)與基巖面處，低水位、高水位情況下，排土場(chǎng)分別坐落于基巖、黏土層上時(shí)，排土場(chǎng)邊坡整體安全系數(shù)分布情況、滑動(dòng)面位置如圖1、圖2所示。

圖1 排土場(chǎng)坐落于基巖上穩(wěn)定性分析

圖2 排土場(chǎng)坐落于黏土層上穩(wěn)定性分析

通過(guò)以上邊坡穩(wěn)定性分析可知，地下水對(duì)于排土場(chǎng)邊坡存在一定影響，特別是排土場(chǎng)坐落于黏土層之上時(shí)，整體安全系數(shù)迅速降低，嚴(yán)重影響邊坡安全。

2.2 排土堆置高度對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響

排土堆置高度對(duì)于排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響同樣是不可忽視的因素，排土場(chǎng)高度及物料的壓實(shí)程度不一樣，排土線延伸速度也不同。圖3是當(dāng)排土場(chǎng)堆置高度不同時(shí)，計(jì)算得出的各個(gè)高度情況下的邊坡安全系數(shù)分布情況。

由排土場(chǎng)高度為180～230 m時(shí)的邊坡穩(wěn)定性分析可知，在180～220 m，排土場(chǎng)安全穩(wěn)定性系數(shù)由1.122降到1.116，而在220～230 m，邊坡安全系數(shù)則增長(zhǎng)到1.142。由此可知，隨著排土場(chǎng)在一段時(shí)間的沉降固結(jié)，其邊坡散體顆粒的抗剪強(qiáng)度有所增加，導(dǎo)致了排土場(chǎng)的穩(wěn)定性增加。

3 結(jié) 論

(1)從排土場(chǎng)穩(wěn)定性機(jī)理以及泥石流的形成過(guò)程來(lái)看，水的作用主要表現(xiàn)在對(duì)固體物質(zhì)的浸潤(rùn)作用和沖蝕攜帶作用。地下水存在于排土場(chǎng)，當(dāng)排土場(chǎng)坐落于基巖層之上時(shí)，邊坡安全系數(shù)變化不大，而當(dāng)排土場(chǎng)坐落于黏土層之上時(shí)，排土場(chǎng)邊坡整體安全系數(shù)迅速降低，這時(shí)地下水對(duì)邊坡的安全穩(wěn)定影響較大，這主要是地表水浸潤(rùn)到排土場(chǎng)底部與地基的接觸帶，并降低其抗剪強(qiáng)度而形成了軟弱帶造成的。因此，地下水作用會(huì)降低排土場(chǎng)的穩(wěn)定性，如果排水不暢而導(dǎo)致排土場(chǎng)全飽和，則排土場(chǎng)可能會(huì)發(fā)生滑坡。

圖3 不同堆置高度條件下排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

(2)排土場(chǎng)高度180～220 m時(shí)，排土場(chǎng)穩(wěn)定性隨著高度的增加而逐漸減小，而在220～230 m則是一個(gè)邊坡安全系數(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，安全穩(wěn)定性系數(shù)有所增加。邊坡在排土場(chǎng)邊坡角度小于散體自然安息角的情況下，其穩(wěn)定性隨著高度的增加出現(xiàn)安全系數(shù)的增長(zhǎng)，這可能是由于排土場(chǎng)經(jīng)一段時(shí)間的沉降固結(jié)，隨著散體顆粒的抗剪強(qiáng)度增加，因此排土場(chǎng)的穩(wěn)定性增加。

[1] 王 瑞，王永增，陸占國(guó).齊大山排土場(chǎng)邊坡參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性分析[J].金屬礦山，2013(2)：41-43. Wang Rui，Wang Yongzeng，Lu Zhanguo.The slope optimization and stability analysis of Qidashan waste dump[J].Metal Mine,2013(2):41-43.

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[8] 徐 燕,佴 磊,丁黃平.南芬鐵礦大東溝排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析與治理對(duì)策[J].金屬礦山,2007(4):19-22. Xu Yan，Nie Lei，Ding Huangping.Stability analysis of Dadonggou dumping site in Nanfen Iron Mine and related measures[J].Metal Mine,2007(4):19-22.

(責(zé)任編輯 徐志宏)

Stability Analysis of Capacity Increase and Heightening Progress of Qidashan Waste Dump

Li Chuanglin Wang Yongzeng Wang Rui

(QidashanIronMineofAnshanIron&SteelGroupCorporation，Anshan114043,China)

Due to the increase of open-pit exploration and shortage of land resources，the firms have to increase capacity in old dumps，that induced the security problem increasingly prominent.Taking a waste dump of Qidashan Iron Mine as a case，the feasibility for the capacity increase and heightening of the dump was analyzed.With the use of mechanical parameters obtained from the indoor experiments，slope model of waste dump was established based on the engineering geological investigation.The limit equilibrium method was adopted to calculate the slope safety factor of a dump without ground water or under low water，high water level in Qidashan Iron Mine，which is located on bedrock or clay layer，and obtain the influencing law of groundwater on mine slope safety.Especially when the dump is located in the clay layer，the slope safety factor falls rapidly as the underground water level raises，which seriously influences the slope safety.Through analyzing the slope stability at dump height of from 180 m to 230 m，it is shown that，within the range of from 180 m to 220 m，the dump safety coefficient is declined from 1.122 to 1.116，and at 230 m，the safety factor is increased to 1.142.The law of the slope stability under the changes of the water level and slope height provides a powerful basis for the slope safety evaluation and the determination of the regulation scheme.

Waste dump，Slope，Groundwater，Height，Stability analysis

2015-01-26

李傳林(1961—)，男，主任，工程師。

TD824.8

A

1001-1250(2015)-04-166-03