萊比塘銅礦排土場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)防

吳智勇，李強(qiáng)兵，張定義

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 開(kāi)采境界內(nèi)排土量

萊比塘銅礦屬于特大型露天礦，露天開(kāi)采境界內(nèi)的廢石量為94 604.4 萬(wàn)t，其中的25 666.9 萬(wàn)t 可以在生產(chǎn)第20 年后開(kāi)始內(nèi)排，需外排的廢石量為68 537.9 萬(wàn)t，大約34 000 萬(wàn)m3（考慮了松散系數(shù)和沉降系數(shù)之后）。礦山從分期生產(chǎn)及長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃角度，圍繞礦坑設(shè)計(jì)了1#、2#和3#排土場(chǎng)，便于前期生產(chǎn)廢石的排放。

1.1 排土場(chǎng)選址原則

（1）保證在排土作業(yè)時(shí)，不會(huì)因滾石、滑坡、塌方等威脅采區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地（廠區(qū)）、居民點(diǎn)、道路、輸電網(wǎng)線和通訊干線、耕種區(qū)、水域、固定標(biāo)志及永久性建筑等的安全。

（2）排土場(chǎng)不宜設(shè)在匯水面積大、溝谷縱坡陡、出口又不易攔截的山谷中，也不宜設(shè)在工業(yè)廠房和其他構(gòu)筑物及交通干線的上游方向，以避免發(fā)生泥石流和滑坡，危害生命財(cái)產(chǎn)或污染環(huán)境。

（3）排土場(chǎng)位置要符合相應(yīng)的環(huán)保要求，不應(yīng)設(shè)在居民區(qū)或工業(yè)建筑主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)和生活水源的上游，以防止粉塵污染居民區(qū)。防止排土場(chǎng)有害物質(zhì)的流失，避免污染江河湖泊和農(nóng)田，含有污染物的廢石必須按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《一般工業(yè)固體廢物儲(chǔ)存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2001）要求進(jìn)行堆放、處置。

（4）排土場(chǎng)應(yīng)靠近采場(chǎng)，盡可能利用荒山、溝谷及貧瘠荒地，以不占或少占農(nóng)田。就近排土減少運(yùn)輸距離，但要避免在遠(yuǎn)期開(kāi)采境界內(nèi)以免將來(lái)二次倒運(yùn)廢石，如有必要在二期境界內(nèi)設(shè)置臨時(shí)排土場(chǎng)，一定要做技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較后確定。

（5）防止對(duì)環(huán)境的不良影響，保護(hù)自然景觀[1]。

1.2 排土場(chǎng)容積與排土方式

萊比塘銅礦1#排土場(chǎng)位于采坑?xùn)|北部平坦開(kāi)闊的場(chǎng)地，基底標(biāo)高75～90 m，堆排終了標(biāo)高150～225 m，庫(kù)容17 795.6 萬(wàn)m3，采用自下而上的覆蓋式排土（逆排）方式。2#排土場(chǎng)位于采坑西部的西山背坡，前期廢石從250 m 標(biāo)高排出，180 m 平臺(tái)開(kāi)拓出來(lái)后，所有廢石從180 m 標(biāo)高排出，堆排終了標(biāo)高250 m，庫(kù)容9585.3 萬(wàn)m3，除西山上部少量排土采用自上而下的壓坡式排土（順排）外，其余大部均采用逆排方式[2]。3#排土場(chǎng)位于采坑的東南部，基底標(biāo)高60～75 m，堆排終了標(biāo)高200 m，庫(kù)容8133.5 萬(wàn)m3，采用逆排方式。3 個(gè)排土場(chǎng)總庫(kù)容35 514.4 萬(wàn)m3，基本能滿足除內(nèi)排外的全部廢石排放要求。

2 排土場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析

露天礦山排土場(chǎng)具有堆積容量大、堆筑段位高的特點(diǎn)，基底承載力、堆筑坡率、填筑工藝是管控的重點(diǎn)，若其質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，在排放廢石期間容易對(duì)周邊農(nóng)田、工廠、學(xué)校等建筑、設(shè)施造成危害。近年來(lái)，因排土場(chǎng)不合理排放引發(fā)的工農(nóng)糾紛時(shí)有發(fā)生，不僅給當(dāng)?shù)厝罕娫斐闪瞬豢赏旎氐慕?jīng)濟(jì)損失，還不利于礦山長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。萊比塘露天銅礦地處東南亞，雨季降水量多，降雨頻繁，暴雨時(shí)常出現(xiàn)，礦山排土場(chǎng)堆筑高度達(dá)100 m 以上，這就使得排土場(chǎng)發(fā)生滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)比較高。滑坡災(zāi)害一般主要與以下幾種因素有著很大的關(guān)系[3-4]。

2.1 排土規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理

在礦山基建初期，排土場(chǎng)基底地層地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)收集不全面，不能為排土規(guī)劃設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、真實(shí)的參考數(shù)據(jù)，導(dǎo)致排土規(guī)劃設(shè)計(jì)缺乏合理性。加上征地等一系列原因，1#、3#排土場(chǎng)的征地面積及容積遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)劃的要求，礦山達(dá)產(chǎn)年的年剝離量也比原設(shè)計(jì)增加了10%左右。截止2020年年底，1#排土場(chǎng)只能作為臨時(shí)廢石排放區(qū)，在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)礦用自卸車車輛不足，影響生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)開(kāi)啟廢石排放，且廢石排放基本要求為良性廢石。2#排土場(chǎng)只剩下250 m 平臺(tái)頂最后一層的良性廢石未排，加上137.5～180 m 平臺(tái)外部擴(kuò)邊覆蓋時(shí)的一些廢石排放區(qū)，基本沒(méi)有場(chǎng)地可以容納礦區(qū)生產(chǎn)的廢石，而且廢石排放要求為良性廢石，排土場(chǎng)緊缺的問(wèn)題日益加劇。目前承受廢石排放的僅有3#排土場(chǎng)，但其排土面積本身就小，只能加快堆放層數(shù)，形成多個(gè)臺(tái)階同時(shí)排放以滿足礦區(qū)生產(chǎn)需要，這樣就減少了各層的壓實(shí)遍數(shù)和自然沉降時(shí)間，降低了各層排土的穩(wěn)定性。由于征地面積不足加快了2#、3#排土場(chǎng)的排放堆筑速度，縮短了排土自然沉降的時(shí)間，降低了各層的壓實(shí)度，勢(shì)必影響到整個(gè)排土場(chǎng)的承載力和穩(wěn)定性。一到雨季極可能因滲水破壞排土場(chǎng)的穩(wěn)定性，造成邊坡及底層地基不穩(wěn)，從而引發(fā)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害。

2.2 排土方式不合理

排土場(chǎng)投入使用初期，大部分填筑材料均為覆蓋層或全風(fēng)化巖石，土石混合料居多，導(dǎo)致底層外邊坡的透水性不足，排土場(chǎng)內(nèi)部容易形成水囊，致排土場(chǎng)的基底層形成軟弱面，這種軟弱面的承受能力比較差，當(dāng)排土場(chǎng)的廢石越堆越高時(shí)，土體自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力越來(lái)越大，在軟弱面易形成鼓包隆起現(xiàn)象，增大滑坡的可能。相較于其他原因引起的滑坡，這種類型的滑坡治理難度相對(duì)較大。對(duì)于這種類型的滑坡，萊比塘銅礦項(xiàng)目制定了合理的治理措施：如重新驗(yàn)算排土場(chǎng)的穩(wěn)定性，并據(jù)此對(duì)排土場(chǎng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行合理修正。此外，也可在排土場(chǎng)的坡底修筑塊石擋土墻，可起到攔截滑石和濾水作用。實(shí)踐證明，這種治理方法效果顯著。

2.3 排水設(shè)施不完善

大氣降水和地表水是引發(fā)排土場(chǎng)出現(xiàn)滑坡災(zāi)害的重要因素，這是因?yàn)榇罅克挚梢郧譂?rùn)巖土深層，使得排土場(chǎng)原本穩(wěn)定的狀態(tài)在水分長(zhǎng)時(shí)間侵潤(rùn)下逐漸發(fā)生改變，最終導(dǎo)致排土場(chǎng)的穩(wěn)定性變差。排土場(chǎng)投入使用初期，基底的物質(zhì)主要有固體顆粒、空氣和附著在表層的水分，隨著時(shí)間推延，排棄的廢石越來(lái)越多，排土場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)一定程度的下沉，這時(shí)巖石空隙間的空氣便會(huì)被擠壓出來(lái)。隨著巖石空隙不斷被填充，空隙越來(lái)越小，排土場(chǎng)的穩(wěn)定性也會(huì)隨之逐漸增強(qiáng)。在此期間，一旦遇到強(qiáng)降雨，排土場(chǎng)雨水無(wú)法通過(guò)巖石空隙及時(shí)排出，便會(huì)在排土場(chǎng)內(nèi)匯集大量的地表水，當(dāng)?shù)乇硭疂B入到排土場(chǎng)內(nèi)部后，便會(huì)對(duì)排土場(chǎng)原本的平衡狀態(tài)造成影響，使其迅速惡化，使得排土場(chǎng)內(nèi)部的摩擦力大大降低，從而引發(fā)滑坡災(zāi)害。

2.4 人為因素

由于部分人環(huán)保意識(shí)和法制觀念比較淺薄，為了一己私利，在排土場(chǎng)周圍的坡底和兩側(cè)進(jìn)行采石、取土，使得排土場(chǎng)的底部抗剪力及側(cè)向阻擋力被大大消弱，從而為排土場(chǎng)發(fā)生滑坡埋下了隱患。其次在生產(chǎn)階段，為了滿足生產(chǎn)需求，需要采取爆破手段，爆破震動(dòng)會(huì)影響到鄰近排土場(chǎng)的穩(wěn)定性。此外，除了上述影響因素之外，自然災(zāi)害也會(huì)對(duì)排土場(chǎng)的穩(wěn)定性造成影響，而且影響巨大，如地震、海嘯、大暴雨等人力不可抗拒因素。當(dāng)然，這類因素發(fā)生的幾率非常小，但是不代表不會(huì)發(fā)生，因此，也應(yīng)做好相應(yīng)的防范措施。

3 排土場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施

露天礦山排土場(chǎng)具有容量大、段位高的特點(diǎn)，極易形成滑坡災(zāi)害，做好滑坡災(zāi)害預(yù)防對(duì)礦山生產(chǎn)安全尤為重要。針對(duì)排土場(chǎng)特點(diǎn)制定的滑坡預(yù)防措施主要有：基底層的驗(yàn)收程序及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，確保排土場(chǎng)基底密實(shí)度、承載力符合質(zhì)量要求；排土工藝盡量選擇順排，以增加各層間的車輛碾壓遍數(shù)；每層預(yù)留安全平臺(tái)，保證邊坡坡率滿足廢石的自然安息角；加強(qiáng)排土場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)排水，減少雨水內(nèi)滲，影響其穩(wěn)定性；特殊部位修建擋土墻加固坡腳，確保邊坡的穩(wěn)定性；做好排土期間的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，避免人為因素造成的邊坡失穩(wěn)。在保障安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)已排完的臺(tái)階邊坡及時(shí)削坡和復(fù)耕，最大程度地降低對(duì)安全、環(huán)境的影響[5-6]。

3.1 強(qiáng)化排土場(chǎng)的建設(shè)質(zhì)量

在排土場(chǎng)的建設(shè)選址時(shí)，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件進(jìn)行全面勘測(cè)，盡量避開(kāi)基底巖層比較軟弱的區(qū)域，如斷層、原生地質(zhì)軟弱層等。如果無(wú)法避開(kāi)，則需要對(duì)工程穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行周密計(jì)算，制定合理的治理措施，提高排土場(chǎng)底部的穩(wěn)固性。排土場(chǎng)投入使用前應(yīng)對(duì)基底標(biāo)高、覆蓋層清理、壓實(shí)度、承載力等各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求后方可進(jìn)行排放。一旦發(fā)現(xiàn)排土場(chǎng)基底的承受能力不足時(shí)，應(yīng)當(dāng)在排土之前進(jìn)行換基加固處理。

3.2 優(yōu)化排土工藝

條件允許的情況下，盡量采用高料高排、低料低排，啟用多個(gè)排土場(chǎng)逐層填筑，延長(zhǎng)排土場(chǎng)的升段時(shí)段，增加堆料的自然沉降時(shí)間，從而提高排土場(chǎng)的密實(shí)度和承載力。排土場(chǎng)廢石采用礦用自卸車（TR100、NTE260）運(yùn)輸、推土機(jī)平料的方式，根據(jù)廢石排棄工藝，為確保礦用自卸車卸車安全，在排土場(chǎng)卸車處形成3%～5%的反坡，且自卸車卸載時(shí)配備專人指揮，并在平臺(tái)邊緣設(shè)置安全擋坎，擋坎高度為約1/2 輪胎高度，即在TR100 排料區(qū)不低于1.3 m，在NTE260 排料區(qū)不低于1.5 m。自卸車卸載后，用推土機(jī)輔助將廢石推至卸料點(diǎn)坡下。夜間作業(yè)時(shí)，在各排土場(chǎng)廢石排料作業(yè)區(qū)設(shè)置夜間照明燈，照明燈塔與排土場(chǎng)作業(yè)邊緣距離為15～25 m，另外，配備灑水車全天候?yàn)樯a(chǎn)區(qū)灑水降塵，確保安全生產(chǎn)。

3.3 加強(qiáng)排土場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)排水

排土場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)水源來(lái)自于山體地表水和場(chǎng)內(nèi)大氣降水。山體地表水通過(guò)在排土場(chǎng)坡面及坡腳修建截水溝進(jìn)行攔截，匯集引排到排土場(chǎng)坡腳低洼處的雨水調(diào)節(jié)池集中蓄積處理；場(chǎng)內(nèi)大氣降水通過(guò)排土場(chǎng)自身橫坡引流到截水溝，與山體地表水一起引排。通過(guò)排水系統(tǒng)及時(shí)將水排出，防止場(chǎng)內(nèi)積水，避免滲水對(duì)排土場(chǎng)排放廢石的影響，保護(hù)排土場(chǎng)安全，防止發(fā)生邊坡滑坡災(zāi)害。在雨季之前應(yīng)完成截水溝修建并定期清理修繕，確保截水溝通暢，以保證雨季期間的正常排水。

3.4 修建護(hù)墻擋坡

在容易發(fā)生滑坡的位置，采用堅(jiān)硬的塊石修筑護(hù)墻擋坡，可有效提高排土場(chǎng)的穩(wěn)定性。干砌或拋砌重力塊石壩具有滲透性好、易于施工及經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，當(dāng)排土場(chǎng)建設(shè)成形之后，可將其作為抗滑擋墻。在排土場(chǎng)中埋置重力壩，既可預(yù)防滑坡現(xiàn)象的發(fā)生，又可起到攔截泥石流的作用，同時(shí)它在排土場(chǎng)的排水疏干中可發(fā)揮重要作用。值得注意的是，這種治理措施存在一定的局限性，僅適用于具有潛在隱患的部位，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，對(duì)護(hù)墻擋坡進(jìn)行科學(xué)周密的設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性驗(yàn)算，如此才能充分發(fā)揮其防治作用。

3.5 邊坡保護(hù)構(gòu)造

對(duì)已排完的臺(tái)階邊坡及時(shí)進(jìn)行植被護(hù)坡，首先對(duì)邊坡進(jìn)行降坡平整，鋪上50 cm 厚的腐殖土，撒上植被種子，沿臺(tái)階邊坡四周布設(shè)噴淋水管進(jìn)行澆灌，并沿臺(tái)階坡腳修筑排水溝，每100 m 修建一道急流槽集中排放邊坡地表水及澆灌余水，有效防止水土流失，減少邊坡沖刷，以保邊坡穩(wěn)定，避免滑坡災(zāi)害[7]。

3.6 加強(qiáng)排土場(chǎng)安全管理

（1）排土場(chǎng)不應(yīng)影響礦山正常開(kāi)采和邊坡穩(wěn)定，排土場(chǎng)坡腳與其他作業(yè)點(diǎn)之間應(yīng)有一定的安全距離。必要時(shí)應(yīng)設(shè)置滾石或泥石流攔擋設(shè)施。

（2）排土場(chǎng)進(jìn)行排土作業(yè)時(shí)，應(yīng)圈定危險(xiǎn)范圍，并設(shè)立警戒標(biāo)志，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入危險(xiǎn)范圍內(nèi)。未經(jīng)設(shè)計(jì)或技術(shù)論證，任何單位不得在排土場(chǎng)內(nèi)回采石料。

（3）排土場(chǎng)閉坑前，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)觀測(cè)和管理，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)征兆應(yīng)采取有效措施，及時(shí)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

露天礦山排土場(chǎng)運(yùn)行的最大安全風(fēng)險(xiǎn)是滑坡，其引發(fā)的災(zāi)害是重大的，危害程度高。因此，在生產(chǎn)中，萊比塘銅礦項(xiàng)目始終堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、綜合防治”的安全管理原則，認(rèn)真貫徹落實(shí)排土場(chǎng)的相關(guān)技術(shù)法規(guī)。為實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)，對(duì)排土場(chǎng)建設(shè)和治理進(jìn)行全面綜合的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施，既能夠保障施工順利開(kāi)展，又可有效避免災(zāi)害的發(fā)生。