露天礦排土場邊坡穩(wěn)定性分析及評價機制

張建強

（新白馬礦業(yè)有限責任公司，四川 攀枝花 617200）

人類社會在進行生產(chǎn)和建設的過程中，不可避免地會進行一些開采工作。尤其是露天采礦工程，由于挖掘巖土體會導致大量剝離物的產(chǎn)生，以至于排土場成為露天采礦工程中非常重要的一部分。因為影響排土場邊坡穩(wěn)定性的因素復雜，導致排土場在建設的過程當中常常有事故發(fā)生，也由此可見，礦山相關管理者為了保障礦山的生產(chǎn)效率以及礦山能夠安全穩(wěn)定地運行，排土場的建設穩(wěn)定也是一個需要顧及的重要問題。

1 露天礦排土場的形成及可能導致的災害

露天礦排土場的主要作用是放置采礦工作中產(chǎn)生的大量泥土沙石等廢棄物，以確保礦山有序開采有用的礦石，是一個大型的由人工堆積的松散物體。由于排土場建設的不當不僅會帶來安全隱患，引發(fā)一些安全事故的發(fā)生，如泥石流、山體滑坡，等等，同時還給環(huán)境保護工作帶來了極大的困難。

由于地質條件、氣候條件等存在差異，引發(fā)排土場失穩(wěn)的因素不同，產(chǎn)生的災害也有不同。排土場內(nèi)部滑坡、沿地基接觸面滑坡和沿排土場地基軟弱層滑坡是排土場失穩(wěn)的三種主要模式。比較常見的排土場滑坡主要是由排土場內(nèi)存在的軟弱層，因為地表匯水會雨水的浸入，本就脆弱的軟弱層受到的水分的侵蝕就會導致滑坡的安全事故出現(xiàn)，因為巖土土質本身存在不同、排土工藝和其他外界條件不同，所以導致的排土場滑坡會使其滑動面存在不同的高度，另外一種是散體巖石的高度低于排土場的高度，使散體巖石的承載壓力過大，從而導致排土場邊坡失穩(wěn)，從而導致滑坡的出現(xiàn)。

有的排土場的基底脆弱不穩(wěn)定，承載能力低以至于排土場有時會出現(xiàn)滑移的情況，從而導致滑坡引發(fā)安全事故。不同的人工堆積層、土質或洪水帶來的卵石層都是影響排土場基底穩(wěn)定性的重要因素。一般情況下，由于排土場基底弱層不穩(wěn)引發(fā)的排土場滑坡的多為排土場基底平移引發(fā)，且滑動的規(guī)模通常較大。排土場的地基接觸面的摩擦不當也有可能導致排土場的滑坡。排土場的松散巖石和地基接觸面之間的摩擦強度小于排土場的內(nèi)部承載能力的時候就有可能導致排土場滑坡。因地基與排土場接觸不當導致的滑坡一般情況下主要出現(xiàn)在地基傾斜角較高，即地形較陡的情況下，容易造成大規(guī)模的排土場滑坡。

造成排土場滑坡的原因不僅僅是因為地基脆弱或與地基接觸面的接觸不當，也有可能是因為排土場中的松散物質在與水接觸后達到一定的飽和程度，使原本松散的物質的重量增加向下快速流動。這就是我們常說的礦山泥石流。泥石流的產(chǎn)生需要具備如下幾個基本條件：其一，產(chǎn)生泥石流的區(qū)域周圍巖土一定是松散不穩(wěn)固的；其二，地形陡峭，溝床較大；其三，產(chǎn)生泥石流的區(qū)域周圍一定存在著較大的水源，明湖或暗河。礦山泥石流通常情況下是以坡面沖刷和滑坡的形式出現(xiàn)，與泥石流一起爆發(fā)。

由此可見，排土場失穩(wěn)造成事故的原因主要有以上三個方面，如排土場的建設初期就存在著各種各樣的不規(guī)范的問題，排土方式的方式不科學、排土場的引水設施不規(guī)范等，就將為未來排土場失穩(wěn)埋下安全隱患。排土場出現(xiàn)事故帶來的不僅僅是導致礦山的生產(chǎn)率降低，經(jīng)濟效益降低，而且更重要的是給礦山工作人員的生命安全帶來了巨大的隱患。

2 露天礦排土場邊坡穩(wěn)定性分析方法

露天礦排土場滑坡是一個由勢能轉為動能，再由動能轉為熱能的過程，滑動的距離與排土場的巖土性、巖土濕潤度、基底承載能力、甚至與巖土的粒徑分布和傾斜角都存在著很大的關系。對之前國內(nèi)發(fā)生過的大規(guī)模排土場滑坡后，巖體滾落距離的實測數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 國內(nèi)部分較大規(guī)模排土場滑坡移動距離實測資料表

如表1 所示，體積較大的巖體的滾落的距離是坡體高度的0.5～1.5 倍，同時還發(fā)現(xiàn)，基底承載能力越弱，排土場發(fā)生滑坡后巖體滾落的距離越遠。如果是因為降雨或地表匯水導致的排土場基底松軟引發(fā)的排土場失穩(wěn)坍塌，大體積的巖土體塊滾落的距離將會更遠。

由上文可知，排土場邊坡滑坡模式主要有三種，排土場內(nèi)部滑坡、沿地基接觸面滑坡和沿排土場地基軟弱層滑坡。當我們在對排土場邊坡的穩(wěn)定性進行計算時，排土場的實際情況是必須要考慮的。通常情況下，利用極限平衡法中的Bishop 以及Jaubu 法對排土場中傾斜角的最大即最陡的坡面進行計算，然后對其進行對比分析。

《有色金屬礦山排土場設計規(guī)范》中明確指出，排土場的邊坡穩(wěn)定系數(shù)KS 取到1.30 比較合適。對于不同的保護對象，KS 也有不同的規(guī)定，排土場邊坡很穩(wěn)定K>1.30；排土場邊坡基本穩(wěn)定，1.20KS<1.30；排土場建設欠穩(wěn)定，1.10 KS<1.20；穩(wěn)定性差為1.KS<1·10；KS<1 為極不穩(wěn)定。如，若排土場垮塌會威脅到居住區(qū)居住人民的生命安全時，KS 應當以1.30 為準；若排土場垮塌不至于造成人身事故或可能會損害經(jīng)濟效益不高的建筑物時，KS 以1.20 為準；若因排土場垮塌給相關人員只帶來較低的經(jīng)濟損失時，KS 以1.10 為準。

以廣東某露天鐵礦場為例，由于在建設之初沒有遵守相關建設條例，對該排土場后續(xù)幾年的發(fā)展帶來了一定的阻礙，同時埋下了一定的安全隱患。經(jīng)過實際勘察后發(fā)現(xiàn)，該鐵礦的排土場位于整個的礦區(qū)的北面，由于建設初期的不規(guī)范的工程導致的排土場的部分現(xiàn)已經(jīng)與礦區(qū)的臺階處相連。規(guī)定的排土場的標準高度大概在130～220m，對該排土場進行測量之后得到的數(shù)據(jù)為90m，該排土場的邊坡的安全等級為三級，現(xiàn)已形成10 個排土臺階，最大的接近20m，臺階的坡度角在50°～58°。該排土場附近有一個排水溝，截水、排水性能較為良好。在對排土場的邊坡進行分析之前，對排土場的土樣和巖樣進行了取樣試驗，得出了如表2 的參數(shù)。

表2 排土場堆體巖土的力學參數(shù)

對排土場的邊坡穩(wěn)定性進行分析的過程中的首要任務，是要對潛在的的可能造成排土場垮塌的破壞模式進行的一個基本的判斷。破壞模式作為一個基本的對排土場邊坡進行基本判斷的工程巖體力學行為的概括，是對排土場穩(wěn)定計算的一個十分重要的保障。

在對排土場進行現(xiàn)場考察之前，選擇堆置高度最高、角度的最大、穩(wěn)定性最低以及存在安全隱患最大的坡面進行研究。該區(qū)抗震設房烈度級別為四級，基本地震的加速值為0.05g。如圖1 所示，采用簡化畢曉普法對該坡面進行分析之發(fā)現(xiàn)，該剖面處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 露天礦排土場穩(wěn)定性的風險評價機制

在露天礦排土場的建設過程中，對排土場的穩(wěn)定性進行風險評價，以及在排土工作進行的不同階段都對其及進行相應的安全評價、穩(wěn)定性分析和基本維護檢測，是現(xiàn)代企業(yè)安全管理的重要體現(xiàn)和重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國家對排土場建設的相關規(guī)定與要求可知，每隔三年排土場就需要請相關人員對排土場的穩(wěn)定性進行風險測評。通過一定的方法和技術手段對排土場的穩(wěn)定性進行風險評價，對發(fā)生在現(xiàn)實生產(chǎn)中的一些問題、生產(chǎn)設備和技術的缺陷以及可能造成的安全風險進行預估分析，并有針對性地提出一些相應的整改措施和對策，為實現(xiàn)安全生產(chǎn)提供相應的依據(jù)。

圖1 排土場邊坡穩(wěn)定性計算剖面

排土場的穩(wěn)定性以國家和地方的有關規(guī)定、與項目相關的有關資料、重要的相關技術規(guī)定為主要的評價依據(jù)。評價原則以系統(tǒng)論和信息論以及控制論為指導，以系統(tǒng)危險控制管理方案為基礎，結合現(xiàn)代安全系統(tǒng)的最新技術和吸收現(xiàn)有安全評定技術中的有益成分對露天礦排土場的各方面可能引發(fā)安全事故進行分析和辨別，以基層危險因子為重點，提出相應的解決措施。重點對國家法律法規(guī)規(guī)定的相關技術規(guī)章和檢查、分析排土場的工作設備為主，檢查排土場的安全指標是否符合我國的相關的規(guī)章制度。

排土場穩(wěn)定性風險評價的程序步驟主要有以下幾個步驟，首先，采礦部門要向安全管理部門提出結合排土場自身的安全評價要求；其次，負責進行測評的人員要為風險檢測人員的檢測、現(xiàn)場勘察做好相應的前期準備、為其提供相關所需的分析評價資料；然后，聘請專業(yè)的技術人員對排土場的穩(wěn)定性進行檢測，并配合相關部門完成評價。

關于排土場有關評價報告的處理需要在排土場有關安全評價報告、檢測報告以及排土場的穩(wěn)定性分析報告出來以后，要及時向相關管理排土場有關部門進行提交和審核，然后出具一份正式的相關報告，再由管理部門進行相應的分類、分析、整理和修改，總結出最終的安全評價分析報告。最后，將最終的排土場的安全評價分析報告提交到省級安全管理部門進行備案。

3 結語

露天礦排土場一旦產(chǎn)生滑坡直接影響是沖毀土地、礦山、阻塞河流、損毀工業(yè)廠房等設施,并有可能產(chǎn)生泥石流,對下游設施造成破壞,同時破壞生態(tài)環(huán)境。露天礦排土場的發(fā)展是一個長期發(fā)展的動態(tài)加載荷的過程，相應的穩(wěn)定性也由于各種因素再不斷地發(fā)生著變化，相關部門應定期對排土場進行檢查、維護，降低排土場的危險系數(shù)，提高礦山的總體生產(chǎn)效益。