排土場災(zāi)害防治技術(shù)

應(yīng)急管理部信息研究院 龐博

排土場作為礦山工程災(zāi)害的易發(fā)部位，一旦發(fā)生災(zāi)害便會對附近居民生命安全造成巨大威脅，導致重大經(jīng)濟損失。影響排土場穩(wěn)定性的因素可分為內(nèi)部和外部因素。內(nèi)部因素指的是工程體自身對邊坡失穩(wěn)起控制作用的因素，主要為排土場基底和排棄物料的力學特性，而外部因素則表現(xiàn)為降雨、地震、地下水等外部環(huán)境條件。排土場災(zāi)害形式主要包括滑坡、坍塌和泥石流等。目前，關(guān)于排土場災(zāi)害控制技術(shù)的研究主要集中在三個方面，分別是地下和地表水的治理、優(yōu)化排土工藝以及構(gòu)建不同形式的土工結(jié)構(gòu)加固方式。

一、地下和地表水的治理

修筑和完善排土場上方的排洪溝。為減少排土場匯水面積，對大氣降水和地表水進行攔截是必要的。因此，應(yīng)在排土場上方的山坡上選擇適宜的位置修建排洪溝和定期對原有的排水溝進行修繕，以便雨水和地表水集中排至排土場外圍的低洼處，不讓地表匯水進入排土場。

排土平臺進行反坡作業(yè)。除了排土場四周的山坡匯水沖刷排土場外，也需考慮排土場自身平臺的匯水不致侵蝕和沖刷排土場邊坡?？蓪⑴磐疗脚_修成2%～3%的反坡，并保持排土場平臺的平整、不出現(xiàn)低洼積水，使平臺匯水自然流向排土場坡腳處，通過排水溝將水引出界外。

布置排水鉆孔和修筑疏干涵洞。當排土場中的巖石物料中含有孔隙水和排土場基底內(nèi)存在承壓水時，可在場地周圍開挖排水溝，降低地下水位，在排水溝內(nèi)充填透水材料，坡度不小于2%，現(xiàn)場一般采用在適當部位打排水鉆孔的辦法，用以降低水位或者不讓靜水壓力造成隔水層底鼓，防止地下水穿透隔水層進入排土場，如果基底面存在較大規(guī)模的低洼積水，還可采用開挖涵洞以對其進行疏干。

采用底部泄流技術(shù)預(yù)防泥石流。在排土場底部使用大粒徑廢石作為泄流體。排土場底部泄流體不僅要求場區(qū)排泄無雨期日常流水、雨汛期洪水，還要求通過百年一遇特大洪水。要針對排土場地區(qū)常年流量、汛期流量、百年一遇流量，從泄流體滲流形式、孔隙尺度、滲流速度、黏滯系數(shù)、水力坡度、出入口處泄水面積、逸出點流速等方面資料，經(jīng)計算確定底部大塊廢石泄流體的泄流能力。

地基處理及疏干排水。除了遇有軟弱地基要采取相應(yīng)的工程處理措施之外，對于地基含水層和排土場滲流水要采取降低水位和疏干排水的措施，如開挖排水盲溝，可以防止在排土場壓力下地基變形，或地基層中的水分在壓力作用下上升，浸潤排土場的軟弱巖石。

二、優(yōu)化排土工藝

合理控制排土順序。在進行礦山排土規(guī)劃時要合理安排不同巖性的巖土，硬巖、軟巖、大塊和破碎巖石分別排棄到排土場不同的空間位置，避免形成軟弱夾層（即潛在滑動面）或軟巖石集中的邊坡。同時將堅硬大塊巖石堆置在底層以穩(wěn)固基底，或大塊巖石堆置在最低一個臺階反壓坡腳。對于覆蓋式多臺階排土場，底層第一層高度不宜太大，以有利于基底的壓實和固結(jié)，也有助于上部后續(xù)臺階的穩(wěn)定。根據(jù)剝離巖石的性質(zhì)不同，應(yīng)予設(shè)計不同的排土順序，尤其是剝離表土和風化巖石，需要合理堆排，有利于排土場穩(wěn)定性的提高。

合理控制排土速度。當排棄表土和風化巖土時應(yīng)控制排土場推進速度，以免工作面一次推進距離過大、沉降變形大，對于生產(chǎn)設(shè)備的安全帶來危害，也易產(chǎn)生滑坡。為此，要有備用排土線輪換作業(yè)，留出一定時間使新排土線達到充分沉降與壓實。另外控制排土速度也利于軟弱地基能得到充分的壓實和固結(jié)，提高地基承載能力。

采用逆排工藝。在露天礦排土工藝上一般都選擇順排的方式，即由內(nèi)向外、由近向遠排土方式。而采用逆排工藝則有利于排土場的穩(wěn)定性。它在排土時，可以選擇在排土場的出口處，先構(gòu)筑坡腳壩（宜用大塊，硬巖石形成透水壩），然后由外向內(nèi)分層排土，排土順序是由低到高、由內(nèi)到外，最終形成單臺階或多臺階的排土邊坡。這種采用小段高、多臺階、由外向內(nèi)分層排土的排土方式，即逆排工藝。這種排土方法工藝簡單，排水費用低，對于穩(wěn)固排土場坡腳和軟巖地基有積極作用，因此應(yīng)用比較廣泛。

三、土工結(jié)構(gòu)加固

堆置護坡?lián)鯄?。為了增強松軟巖石和風化巖土排土場邊坡的穩(wěn)定性，穩(wěn)固坡腳，防止滑坡和泥石流，可采用不同形式的護坡巖石擋墻預(yù)先在坡腳處堆置或事后反壓在軟巖邊坡的坡腳位置。這些擋墻施工簡單，造價便宜，均屬于用堅硬大塊石料堆置的重力塊石壩類型，透水性好。其種類和形式主要有塊石護坡?lián)鯄Α⒏善鰤K石壩、竹籠塊石壩、鐵絲籠塊石壩等。

此外，可采用將堅硬巖石預(yù)先堆置在排土場內(nèi)部的地基上，排土場形成后便成了預(yù)先埋設(shè)的抗滑擋墻，其堆置的位置和擋墻的幾何尺寸要通過排土場穩(wěn)定性分析計算，使之處在最可能的潛在滑面位置。在排土場內(nèi)預(yù)先分散堆置巖石擋墻將改善水的排泄、加速泥巖的固結(jié)過程，并防止變形發(fā)展。與普通的護坡?lián)鯄ο啾?，采用預(yù)埋擋墻所需要的巖石量要少，尤其是在礦山基建初期剝離表土多、堅硬巖石少時，技術(shù)經(jīng)濟效益較為顯著。

多級泥石流攔擋壩。為攔擋被雨水沖刷下來的排土場廢石（泥石流），阻止其下泄和發(fā)展，減小災(zāi)害規(guī)模，可在排土場下游設(shè)置泥石流攔擋壩。此為排土場泥石流的第一級攔擋壩。攔擋壩的高度一般為所要攔擋的廢石堆積坡高的1/3 左右，壩頂寬度主要由運輸廢石的汽車的轉(zhuǎn)彎半徑?jīng)Q定，一般取40～60m；攔擋壩下部建成透水形式，透水部分高度一般至少為5m，施工時通常采用大塊堅硬廢石來構(gòu)筑透水壩。根據(jù)地形條件和泥石流溝的坡度以及泥石流固體物質(zhì)流量情況，可以不同區(qū)段設(shè)置多級透水攔沙壩。這種攔沙壩可抵擋泥石流的巨大沖擊，對泥石流龍頭有著消能減勢的作用，除了攔擋泥石流固體砂石外，還可減緩泥石流的流速。

設(shè)置加筋土擋墻。排土場邊坡頂部臺階易產(chǎn)生張拉裂縫，在外部因素降雨、地震、地下水等影響下，容易發(fā)生滑坡、坍塌和泥石流等災(zāi)害?？稍谂磐翀鲞吰轮蓄A(yù)先埋置具有撓性的筋帶材料形成加筋土，當加筋部位與排土場邊坡潛在滑面相交時，由于排棄物的重力下滑分量引起筋帶材料產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，但同時其抗拉強度限制了排棄物顆粒向外側(cè)運動，并且排棄物顆粒與筋帶材料界面產(chǎn)生的摩擦阻力增加了排棄物邊坡的附加抗剪強度，可抑制張裂縫的發(fā)展，增強排土場邊坡的穩(wěn)定性。

如下，列舉了我國排土場邊坡災(zāi)害防治應(yīng)用的典型實例。蘭尖鐵礦排土場滑動的防治措施：首先對排土場的軟弱基底進行清理，回填塊石；其次滑體外圍修筑石砌排洪溝；最后對排土場的風化巖土進行了植被恢復，確保了礦上的正常生產(chǎn)和排土場下部公路的安全通行。寶日希勒露天礦內(nèi)排土場滑坡防治措施：首先在基底泥巖層進行施工，采用排水盲溝疏導土場基底積水，然后在基底排棄砂巖改造基底性質(zhì)，確保了排土工作安全。尖鐵礦尖山第六排土場防治措施：首先清理排土場下部地基凸起，用排土場滾石區(qū)的大塊廢石回填施工，然后疏排地基地下水與地表水，同時坡腳施工擋滾石柵欄，調(diào)整排土方式，分散采掘表土層、分散排棄風化巖土，確保了雨季土場安然無恙，保證了排土工作安全運行和下部公路的正常通行。安太堡露天礦南排土場防治措施：上部削坡，下部反壓，并在滑坡區(qū)周圍修筑排水溝、擋墻，防控效果確保了滑體未繼續(xù)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，保障了礦區(qū)公路的安全運行。金牛礦業(yè)公司排土場防治措施：排土場調(diào)整為4 級臺階，每個臺階留10m安全平臺，設(shè)置兩排抗滑樁，樁釘采用鐵鏈連接，在坡腳修筑竹籠壩，防控效果確保了礦山的正常生產(chǎn)。赤峰銅鉬礦3#排土場防治措施：使用碎石樁加固粉質(zhì)粘土基底，提高了基底承載力，增強了排土場穩(wěn)定性，節(jié)約排土場治理成本，節(jié)省工期，吸收了排棄廢石。大冶鐵礦排土場防治措施：按2:1 的比例實施堅硬巖石與風化表土混合排棄，效果良好，改善了排棄物料的力學性質(zhì)，避免了單獨排棄軟弱巖土時形成軟弱帶造成土場不穩(wěn)定事故。