基于風險分類體系對蒙庫西排土場的風險評估及應對措施

李旭東 白逢義

(1. 富蘊蒙庫鐵礦有限責任公司，新疆 富蘊 836100；2.中冶北方工程技術有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

國內目前還沒有關于排土場穩(wěn)定性評價和風險分類體系，2017年由加拿大的Mark Hawley和John Cunning年編寫的《礦山廢物傾倒和儲存設計指南》(Guidelines for mine waste dump and stockpile design)中介紹了的DSR和WSRHC兩種排土場風險分析系統(tǒng)，上述評估系統(tǒng)是根據(jù)國外大量排土場生產實踐進行的總結、歸納和整理形成。排土場風險影響因素較為復雜，上述體系針對各類影響因素進行了評估，可作為國內礦山排土場進行風險性預估和采取適當措施的參考。利用以DSR分析體系為主的方式對蒙庫西排土場進行風險評估，并以評估結果為依據(jù)采取必要的措施進行排土場的風險防治工作。

1 蒙庫西排土場概況

1.1 排土場設計情況

西部排土場采用汽車直排，根據(jù)地形條件進行分水平排土，初期排土標高為1 070 m水平，后期在1 070 m水平土場上進行覆蓋排土，最終排土標高為1 100 m水平，排土階段高度最大73 m，排土場最終總的堆置高度為102 m，排土場安全平臺寬度大于50 m，排土場總的邊坡角為27.1°。排土場巖石運輸采用自卸汽車配合推土機排土，采用自卸汽車排土?；咎卣髟斠姳?。

表1 設計排土場特征

1.2 排土場區(qū)的自然地理特征

排土場區(qū)海拔高度990～1 112 m之間，場地地形東高西低，高差120 m，區(qū)內主要發(fā)育兩條主要溝谷，走向為一條東北-西南向溝谷坡度為6.2%，另一條為東南-西北向溝谷。該東南-西北向溝谷為兩個支溝組成，支溝坡度分別為6.3%和5.8%，兩個主溝谷在土場前緣匯合成一個溝谷，該土場屬山谷及山坡型排土場[1，2]。本區(qū)動峰值加速度為0.15 g，場地基本烈度為Ⅶ度，地震動反應譜特征周期0.45 s，場地內及周邊無全新世活動斷裂通過和大的斷裂構造。

1.3 排土場地基土、堆積物料特征

根據(jù)相關勘察資料，場地地層為上部有第四系和風化巖，第四系地層在溝谷內厚度一般在0.5～5 m左右。主要巖石為黑云角閃片麻巖和變粒巖等變質巖類為主。排土場排棄的物料性質主要為黑云角閃片麻巖、變粒巖等。排土場上部的物料粒徑較小，主要以小于100 mm為主，其中小于60 mm顆粒含量占比大于50%。上部物料級配較好，顆粒分布大小較為均勻。中部的物料粒徑主要在240～600 mm之間，約占總物料的60%～70%；底部物料一般在420～900 mm大塊石為主，大部分底部物料小于400 mm占比不足20%。

2 基于DSR系統(tǒng)排土場風險評估

DSR評估系統(tǒng)是1991年加拿大的調查和設計手冊-臨時指南中關于廢石堆綜合穩(wěn)定性和危險的分類系統(tǒng)。DSR系統(tǒng)考慮在11個因素的基礎上建立了一個數(shù)值指數(shù)。根據(jù)對整體重要性對每個因素進行評分，并將各個評分的總和定義為定性評分(DSR)。DSR值越高相對穩(wěn)定性較低，反之亦然。DSR值范圍(最大可能值1 800)被細分為4個穩(wěn)定性等級，每個等級對應不穩(wěn)定性危險描述。例如，DSR額定值小于200為Ⅰ級，其特征是具有“可忽略”的失穩(wěn)危險，DSR值大于1 200為Ⅳ級，其特征是具有“高”的失穩(wěn)危險。與DSR值較低的排土場相比，DSR值較高的排土場在邏輯上需要更多的調查和設計工作，在施工和操作期間需要更多的治理和監(jiān)控。影響DSR值各因素具體評分標準按表2進行[3]。

表2 DSR排土場風險分級體系表

續(xù)表

可根據(jù)上述評定分值，并對照下面的穩(wěn)定性處理意見進行相應的風險管控和排土場安全管理工作。 根據(jù)上述表格對排土場進行DSR分級，結果見表3，西排土場DSR賦分值為400，屬Ⅱ類，風險等級為低。根據(jù)穩(wěn)定型分級的結果從而制定對應的處理措施，詳見表4。

表3 排土場DSR分級結果

表4 排土場穩(wěn)定性分級及處理建議表

3 基于WSRHC系統(tǒng)對排土場風險等級校核

WSRHC風險分級體系為2017年加拿大Mark Hawley和John Cunning在上述DSR系統(tǒng)基礎上重新評估并進一步改進建立的排土場和料堆穩(wěn)定性等級和危險分類(WSRHC)系統(tǒng)。新WSRHC系統(tǒng)包含了1991年DSR系統(tǒng)中使用的許多概念；新系統(tǒng)需要評估影響穩(wěn)定性的22個關鍵因素或屬性(比1991年的DSR系統(tǒng)多11個)。這些因素分為七組。相應等級的賦予一定的數(shù)值分，這些等級的總和定義了廢物傾倒和庫存穩(wěn)定性等級(WSR)。最大可能的WSR為100，較高的等級表示排土場更穩(wěn)定。

WSRHC評價體系對蒙庫西排土場進行排土場的風險校核，部分評估結論見表5、6。

表5 排土場風險等級劃分表

綜合上述表格內容，并礦山排土場實際狀況和設計內容，西部排土場風險等級評分(WSR)值為63.5，屬于Ⅱ級，風險等級屬于低風險等級。

表6 排土場WSRHC風險分級結果

經WSRHC評價體系評估，該排土場分級為Ⅱ級，為低風險排土場。

4 依據(jù)風險評價采取的對應措施

兩種評價體系均表明該排土場風險等級較低，整體穩(wěn)定性較好，因此主要采取了場地的工程地質調查工作，并在關鍵的溝谷內采用探槽進行地層情況描述和采樣試驗工作。并對排土場進行了專項的設計方案論證，以及進行常規(guī)的邊坡變形監(jiān)測。

1)攔石壩措施。蒙庫北排土場堆石壩位于土場前緣主沖溝內，具有防止土場沿第四系軟弱層的整體滑動，同時具有防止土場形成泥石流對采場安全造成威脅。蒙庫西排土場在主沖溝設計堆石壩2座，其中1#及2#堆石壩是在1 070 m臺階土場施工過程中為增強土場整體穩(wěn)定性并減小滑坡和泥石流對下游設施產生安全威脅，1#及2#堆石壩應在1 070 m土場堆積前實施，位置位于土場前緣的兩個沖溝的溝口處。

2)排土場截排水措施方案。設計根據(jù)現(xiàn)場的實際地形，在排土場北側自然溝谷中，修建導流堤攔截洪水，開掘排洪隧洞將上游洪水引至排土場西北側的溝谷中。

3)前緣坡腳軟弱土層換填。溝谷內第四系厚度較大，穩(wěn)定性計算表明該層的排土場邊坡穩(wěn)定性差，因此要對該部分土體進行必要的處理以保證土場前緣邊坡的穩(wěn)定性。在攔擋壩施工范圍周邊將兩條主溝谷匯合處至排土場前緣軟弱的第四系土層清掉，采用大塊碎石回填。

4)排土場監(jiān)測。為保證排土場的穩(wěn)定性，建立邊坡變形監(jiān)測系統(tǒng)，采用全站儀進行人工監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)排除存在的隱患和保證礦山生產的安全。

5 結語

通過DSR和WSRHC風險分析系統(tǒng)對蒙庫西排土場進行風險評價，確定其風險等級屬于Ⅱ級，風險等級屬于低風險，并依據(jù)評價結果確定采取攔石壩、截排水、以及適當?shù)淖冃伪O(jiān)測措施。根據(jù)西排土場多年的實際安全運行情況表明該評價系統(tǒng)方法符合礦山實際，預防風險的措施經濟合理。