沿山谷堆置的排土場生產要素及穩定性分析

潘 濤，羅亞軍

(貴州久聯民爆器材發展股份有限公司, 貴州 貴陽 550002)

從排土場的穩定性考慮，排土場場址宜選擇在水文地質條件相對簡單，原地形坡度相對平緩的溝谷，但是，如果排土場上部匯水面積大、縱坡陡，則極易誘發泥石流。內蒙古自治區武川縣某礦區水泥用大理巖排土場選址位于一條溝谷中，有效容積1420萬方，滿足礦山10年排土需求。該溝谷位于礦區東北方向約500 m，地形平緩，水文地質簡單，平均自然坡度10°。根據當地提供的水文氣象報告，區域地表無徑流，但暴雨后常有短期洪流。該溝谷西側另有一條山溝，可將短期洪流引入此山溝流出區外。排土場上部修筑截水溝，頂部平臺由中間向兩側留2%的逆坡，中間修筑排洪溝，將雨水引出場外，避免大量降水匯集，確保排水通暢，預防災害發生。

1 排土場堆置要素確定

排土場地表被第四系黃土覆蓋,當地質不良時，基底承載力不足，排土場容易產生變形破壞而影響安全，所以采用推土機將原坡推成臺階狀，以增加基巖穩定性。根據覆蓋層厚度和地形坡度，臺階高度以5 m為宜，保持山體原有坡度。

從采場至排土場運距較短，汽車機動靈活，基建投資少，投產快，且維護方便，因此排土場采用汽車運輸、推土機排土工藝。參照工程案例及《有色金屬礦山排土場設計規范》，排土場由低到高分層堆排，階段高15 m，臺階數9，總堆置高度135 m，第一臺階坡度20°，其余臺階坡面角30°，邊坡角18°。最終平臺寬度18 m。

根據《有色金屬礦山排土場設計規范(GB50421-2007)》，排土場安全防護距離為最大堆置高度的0.75倍，即排土場的安全防護距離為102 m。廢石最大滾落距離為14～16 m，現場設置安全防護距離為150 m，滿足安全要求。

2 坡腳防護及攔碴工程

為防止滾石對山溝下方造成危害，在底部臺階坡腳處設置攔石堤(見圖1)。攔石堤采用當地土石筑成，梯形結構，內外邊坡比均為1∶1.73，堤頂高出撞點安全高度1 m。初期攔石堤高8 m，堤頂寬4 m，基礎深1 m。

圖1 坡腳防護及攔碴工程

《規范》規定，土質邊坡和較大規模的碎裂結構巖質邊坡，宜采用瑞典圓弧滑動法驗算。采用土河海大學土石壩穩定性分析軟件HH-SLOPE進行邊坡穩定性分析(見圖2)，參數的選取見表1。邊坡穩定性系數可按下式計算[4]：

式中：Fs—邊坡穩定性系數；

Ri—第i計算條塊滑動面上的抗滑力，kN/m；

Ti—第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力，kN/m。

整個排土場安全系數Fs=1.2858>1.2，滿足要求。

表1 巖土體計算參數的選取

圖2 排土場結構及穩定性分析

3 防排水系統布置

3.1 截水溝布置

排土場上部修筑截水溝，每個平臺由中間向兩側留2%的逆坡，中間修筑排洪溝，使雨水集中排泄。

3.2 截水溝斷面尺寸

排土場匯水面積由排土場上部地形較高處和山脊處起算，匯水面積約為4000 m2。礦區最大降雨量按照最大日降水量計算，根據地質報告取60.1 mm/d，暴雨持續時間按照3 h計算。

(1) 計算暴雨徑流量Q：

Q=FHpΨ

式中:F—匯水面積，m2；

Hp—設計區域日最大降雨量，m；

Ψ—地表徑流系數，本設計取0.8；

經計算，暴雨徑流量Q=192 m3/d。

(2) 流水橫斷面面積ω：

ω=Q/v

式中:Q—流量，m3/s；

v—平均流速，m/s，不應大于允許沖刷流速，查表《水利水電工程地質手冊》基坑沖刷土質渠道不沖刷流速，取v=1 m/s；

經計算，ω<0.01 m2。

(3) 截水溝斷面為梯形斷面，上下底寬分別為2.5 m和0.5 m，深1.0 m，斷面積為1.5 m，可滿足礦區排水要求(見圖3)。

(4) 截水溝采用C15混凝土砌筑，部分地段坡度較大，需要采取人工加粗或底流消能措施。

(5) 為避免水溝淤塞和沖刷，應定期對修建的截水溝進行修繕和清理，其最小允許半徑一般不應小于溝內水面寬度的5倍，有加固措施時，不應小于寬度的2.5倍。

(6) 本截水溝縱坡不應小于0.2%。

圖3 截水溝

4 監測點布置

排土場生產后期，在排土場坡頂和臺階處設置位移觀測樁，在兩側山梁上設置壩體位移觀測基站，采用視準線法對壩體進行水平位移觀測；采用水準測量方法進行壩沉降觀測。初期每月進行一次，當壩的變形趨于穩定時，可逐步減為每季一次，汛期增加觀測次數。

基準點的布設以便于測定工作基點和監測點為原則，布置在監測區范圍外穩定地段。現場可根據實際情況適當增減基準點。

工作基點高程盡可能接近監測點的高程，且便于觀察監測點。

5 結 論

(1) 對于土質山坡，用推土機將原坡推成臺階狀，以改善排土場基底狀況；

(2) 沿山谷堆置的排土場，當堆置高度達135 m時，總邊坡角18°，平臺寬度18 m，經HH-SLOPE軟件分析，排土場安全系數滿足要求。

(3) 采用適宜的坡腳防護及攔碴工程，可確保排土場安全可靠。

參考文獻：

[1]趙鳴展,馬萃林,楊寶慧.排土場邊坡穩定性研究與安全分析[J].現代礦業,2010(7):64-66.

[2]陳祖煜.土質邊坡穩定分析[M].北京:中國水利水電出版社，2003..

[3]汪海濱,李小春,等.排土場空間效應及其穩定性評價方法研究[J].巖石力學與工程學報,2011,30(10):2103-2111.

[4]郭 成,馬萃林.露天礦排土場堆置要素的優化[J].金屬礦山,2011(1):42-44.

[5]王 君. 某露天煤礦排土場邊坡穩定性研究[D]. 成都: 成都理工大學, 2012..