排土場病害類型及安全對策措施探討

華鐵軍

摘 要：排土場的設(shè)計應(yīng)綜合考慮區(qū)域地形、場地工程地質(zhì)條件、水文、氣象以及排放物料的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，采取“以防為主，防治結(jié)合”的措施，合理確定堆置要素，達(dá)到不做或少做整治災(zāi)害的大工程，為企業(yè)的安全生產(chǎn)和綜合經(jīng)濟(jì)效益提供技術(shù)支持。否則，病害防治不利轉(zhuǎn)為風(fēng)險，風(fēng)險防范失控轉(zhuǎn)為危險，危險進(jìn)一步加大轉(zhuǎn)為災(zāi)害，將帶來無法彌補(bǔ)的損失。

關(guān)鍵詞：排土場;病害類型;安全對策措施

中圖分類號：TD824.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0142-02

0 引言

我國是世界礦業(yè)大國，各類礦山排土場總數(shù)以萬計。排土場一旦發(fā)生大規(guī)?；?，往往造成特別重大的安全、環(huán)保事故。近年來發(fā)生的排土場滑坡事故，如山西省婁煩尖山鐵礦排土場、四川省攀枝花市米易縣中禾礦業(yè)公司一號排土場、深圳市光明新區(qū)的紅坳渣土受納場等，均給下游人民生命財產(chǎn)造成特別重大的損失。排土場事故突發(fā)性強(qiáng)，瞬時量極大、速度高，雖歷時僅數(shù)秒，在下游一定范圍內(nèi)其破壞力具有毀滅性。因此，了解排土場病害的成因，及時采取各種安全對策，保證排土場處于穩(wěn)定安全狀態(tài)，已成為礦山安全生產(chǎn)的重要工作。

1 排土場病害的類型

排土場災(zāi)害（病害）主要為：沉降壓縮變形、滑坡、泥石流三種類型。

（1）沉降壓縮變形：由于排放物料自重的作用，物料堆體逐漸壓實和沉降的過程，即沉降壓縮變形，這一沉降過程要連續(xù)多年，變形幅度在10～20%的范圍內(nèi)。一般用沉降系數(shù)和沉降壓縮率反映。這種變形速度慢，幅度不大，破壞性小，對生產(chǎn)沒有太大的影響，如無特殊要求，礦山一般不采取措施。

（2）滑坡：根據(jù)滑裂面的位置不同，可分為排土場內(nèi)部滑坡、沿地基接觸面滑坡、較弱地基底鼓滑坡。1）排土場內(nèi)部滑坡：滑裂面出露在排土場的不同高度處沉降。多出現(xiàn)在地基巖層穩(wěn)固地段，由于堆積物的物理力學(xué)性質(zhì)、排土工藝、堆置要素以及其外界條件如外加載荷、匯水等導(dǎo)致的排土場邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。2）沿地基接觸面的滑坡：滑坡沿著地基土的軟弱接觸帶產(chǎn)生，雖然水平地基也會出現(xiàn)這類滑坡，但多數(shù)在傾斜地基條件下發(fā)生，特別當(dāng)廢石堆置在傾角較陡的山坡上時，對排土場很容易滑坡。3）軟弱地基底鼓引起的滑坡：由于地基中軟弱巖層受排土場壓力的作用面發(fā)生破壞，地基中出現(xiàn)巖層滑移和底鼓等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致排土場滑坡。

（3）泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地形險峻的地區(qū)，因為暴雨暴雪或其他自然災(zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物質(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點。

泥石流的形成需要三個基本條件：有陡峭便于集水集物的適當(dāng)?shù)匦?上游堆積有豐富的松散固體物質(zhì);短期內(nèi)有突然性的大量流水來源。

由于溝谷型排土場的特點，外部來水匯入下部溝谷中，排土場內(nèi)部產(chǎn)生滲流，在降雨季節(jié)，流過排土場底部的水位比正常時節(jié)抬高，下部土層和巖體含水量增大，強(qiáng)度會隨之降低，下部風(fēng)化巖受上部排土場堆積物料的擠壓，強(qiáng)度降低較大，會形成新的軟弱面，導(dǎo)致整個排土場整體沿軟弱面滑動，為泥石流的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。

2 排土場病害成因

排土場沉降壓縮變形危害性小，由物料重力引發(fā)，屬排土過程中正?，F(xiàn)象，不做進(jìn)一步探討。滑坡和泥石流危害大，其成因復(fù)雜，主要由暴雨、洪水;堆積范圍水文地質(zhì)、工程場地質(zhì)條件變化;堆積物巖性發(fā)生變化;臺階高度過高等因素引發(fā)。

2.1 洪水

（1）洪水沖刷、切割坡腳、抗滑力減弱，發(fā)生坍塌;（2）洪水位抬高，大量滲入廢石體，滲透坡降大于允許滲透坡降，滲透壓力沖動坡腳堆石體，滲透坡降急劇上升，坍塌發(fā)生迅速;（3）下游水位淹及排土場坡腳，由于水下巖土強(qiáng)度指標(biāo)下降，水位淹及坡腳將會影響邊坡的安全。

2.2 暴雨

連續(xù)多日暴雨條件下，有可能從坡面到原地基面，形成沿原地面滲流，正常情況下，滲透周期長，滲流量較小，但是，當(dāng)山坡匯水面積較大，或排土場平臺截洪溝失效，由于排土場底部廢石塊度較大，滲透流量大幅度增高，排土場邊界或地形沖溝處滲流沖刷能力將迅速增強(qiáng)。

2.3 場地地基巖性變化

一般排土場地地質(zhì)巖性由基巖/殘、坡積土層/沖洪積土層/軟弱土層逐漸變化，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相應(yīng)下降，邊坡穩(wěn)定性取決于滑孤面的抗滑力與滑動力之比。一般，自上而下排放的廢石邊坡，基邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在1.0左右，呈極限平衡的臨界狀態(tài)，當(dāng)?shù)鼗辜魪?qiáng)度指標(biāo)下降后，抗滑力小于滑動力時，邊坡發(fā)生坍滑。

2.4 臺階高度過高

場地地基承載力不足時，地基變形，產(chǎn)生滑坡;即使地基承載力良好，隨臺階高度的增高，對于土質(zhì)或土巖混合邊坡，顆粒之間摩擦力和粘聚力形成的抗滑力增長速度小于滑動力增長速度，超過平衡極限后，產(chǎn)生滑坡。

2.5 泥石流

泥石流的形成需要三個基本條件：有陡峭便于集水集物的適當(dāng)?shù)匦?上游堆積有豐富的松散固體物質(zhì);短期內(nèi)有突然性的大量流水來源。

由于溝谷型排土場的特點，外部來水匯入下部溝谷中，排土場內(nèi)部產(chǎn)生滲流，在降雨季節(jié)，流過排土場底部的水位比正常時節(jié)抬高，下部土層和巖體含水量增大，強(qiáng)度會隨之降低，下部風(fēng)化巖受上部排土場堆積物料的擠壓，強(qiáng)度降低較大，會形成新的軟弱面，導(dǎo)致整個排土場整體沿軟弱面滑動，為泥石流的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。

3 安全對策措施

針對排土場可能出現(xiàn)的病害狀況，應(yīng)采取“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的策略，新建排土場以防為主，改擴(kuò)建或排土場治理設(shè)計時以治為主，對現(xiàn)有病害及其成因進(jìn)行分析，提出合理的措施，并對排土場生產(chǎn)管理提出合理要求，防止病害繼續(xù)發(fā)生。

3.1 排土場的防洪

暴雨和洪水是引發(fā)排土場滑坡和泥石流的重要因素，為此，需要做好排土場內(nèi)部以及外部的防洪設(shè)施，防止災(zāi)害的發(fā)生。

（1）底部泄流。在影響排土場的穩(wěn)定因素當(dāng)中，排土場內(nèi)的地下水以及滯留水是最為關(guān)鍵的因素，是造成排土場內(nèi)產(chǎn)生滑坡的主要原因。為此需要排土場排廢時，用大塊石進(jìn)行鋪底，以形成良好的滲流通道，必要時設(shè)置排水盲溝、排水暗涵，以保證排土場下部排水通暢性及穩(wěn)定性。（2）排土場外的防洪。在排土場的建設(shè)過程中，需要特別注意排土場的泄洪安全，為此，可以在排土場外圍設(shè)截洪溝、倒水平硐，將上游和周邊匯水，及時排出，保證汛期排土場的安全。截（排）洪設(shè)施的設(shè)立，需要以排土場周圍的地形以及地勢來決定。

3.2 正確處理場地地基，改善基底狀況

對于軟土地基、建于陡坡（陡于1：2.5）上的排土場、基底有地下水及復(fù)雜條件下有季節(jié)性浸水的排土場，需對場地地基予以處理。

處理辦法：清除軟弱層、植被層;橫向開挖臺階，攔引地下水;大塊石鋪底、建排水盲溝等。

3.3 排土工藝的調(diào)整

排土場的安全穩(wěn)定性除與其排土場區(qū)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件相關(guān)外，最重要的是與排土場的堆積工藝相關(guān)，即排土場的形式、排土場高度、排土場物料特征、排土過程等。因此按照排土場區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件提出的排土場堆排工藝、高度、過程成為保證排土場安全穩(wěn)定的關(guān)鍵。因此排土場排土工藝應(yīng)首先服從排土場的安全穩(wěn)定性，其次是滿足礦山生產(chǎn)的要求。

3.4 堆石壩防護(hù)

主要針對溝谷型排土場，一般在設(shè)計排土場的下游溝谷出設(shè)置堆石壩，壩高一般10～20m，在清基的條件下，采用堆石直接碓筑形成。堆石壩起到初期防止小規(guī)模泥石流和堆排后保護(hù)排土場在溝谷方向上的坡腳的作用。堆石壩設(shè)計一般包括壩體材料、清基要求、分層碾壓、干砌石護(hù)坡等內(nèi)容。

3.5 泥石流的防治

排土場生產(chǎn)過程中的泥石流災(zāi)害防治應(yīng)按如下步驟分階段進(jìn)行，包括：（1）原始溝谷的泥石流災(zāi)害評價與綜合治理;（2）排土產(chǎn)生產(chǎn)過程的泥石流災(zāi)害評價與治理對策; 本過程主要是根據(jù)排土場的排巖計劃，考慮不同年份排土場堆積狀態(tài)條件下泥石流產(chǎn)生的可能性與對策措施，可采取工藝調(diào)整、控制對策、防治對策、預(yù)警機(jī)制等措施;（3）排土場堆積完畢后的泥石流災(zāi)害防治。排土場終了堆積狀態(tài)后，一般達(dá)到最大堆積狀態(tài)，通常條件下排土場產(chǎn)生泥石流災(zāi)害的可能性減小，主要災(zāi)害表現(xiàn)為滑坡性災(zāi)害，因此相應(yīng)的綜合防治措施成為提高排土場穩(wěn)定性和預(yù)防泥石流災(zāi)害的選擇。某金礦排土場設(shè)計，如圖1所示。

4 結(jié)語

排土場的設(shè)計應(yīng)綜合考慮區(qū)域地形、場地工程地質(zhì)條件、水文、氣象以及排放物料的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合分析，采取“以防為主，防治結(jié)合”的措施，合理確定堆置要素，達(dá)到不做或少做整治災(zāi)害的大工程，為企業(yè)的安全生產(chǎn)和綜合經(jīng)濟(jì)效益提供技術(shù)支持。否則，病害防治不利轉(zhuǎn)為風(fēng)險，風(fēng)險防范失控轉(zhuǎn)為危險，危險進(jìn)一步加大轉(zhuǎn)為災(zāi)害，將帶來無法彌補(bǔ)的損失。

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