淺析歪山梁子排土場的整改擴建設計

鄭浩林，豐書榮

（1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650000；2.云南金鼎鋅業(yè)有限公司，云南 蘭坪 671400）

排土場為集中堆放露天開采剝離或地下開采廢石的場所，也稱為廢石場。排土場設計主要和地形條件、巖土情況、四鄰關系、物料物理特性相關，在滿足安全的前提下盡量多的設計出有效庫容能更好的保障礦山正常持續(xù)的生產。現就云南金鼎鋅業(yè)有限公司歪山梁子排土場擴容設計淺析排土場的設計要點。

1 工程概況

云南金鼎鋅業(yè)有限公司位于云南省怒江州蘭坪縣，屬于低緯山地季風氣候，本區(qū)內總體上屬次穩(wěn)定區(qū)域。礦區(qū)內廢石主要為露天采場剝離，每年約750萬立方米，礦山現有歪山梁子排土場已經堆排到設計庫容，但局部堆置邊坡過陡，經過穩(wěn)定性計算后發(fā)現存在一定的安全風險，因此對歪山梁子排土場進行整改，消除安全風險，在此基礎上擴建增加一定的庫容。歪山梁子排土場原始地形為沖溝，北側為山坡，南側為山脊現狀設計庫容2884.90萬立方米，堆排總高度269m，壩體采用堆石壩，采用汽車運輸。整改擴建工程在此基礎上新修筑堆石攔碴壩，對下部進行壓坡腳確保穩(wěn)定，再在上部進行擴建堆置廢石。

2 設計要點

2.1 原始地形和堆置現狀

歪山梁子排土場位于露天采場南側，兩山脊之間的溝谷地帶。沖溝總體呈東北～西南走向，東高西低，溝長約1.6Km，溝底前緣坡度約6°；后緣溝底坡度約20°。沖溝在下游標高2450m左右收口，收口處有一山頭，山頂標高2470m。北側為現有南大溝排土場，南側山脊為練登大溝。歪山梁子排土場原始地形三維模型見圖1。

圖1 歪山梁子排土場區(qū)域原地形

歪山梁子排土場現狀頂部2745m至2750m標高與南大溝擴容排土場連成一片。堆石壩壩頂標高為2500m；堆置臺階共11個，一般段高25m，平臺寬度10m至15m，臺階坡面角約34°～35°，整體坡面角度2525m～2599m段整體坡面角約25°；2599m～2745m整體坡面角15°。現狀和原始地形結合典型斷面圖見圖2。

現有排土場外部截洪溝底排滲設施都按照規(guī)范進行了設計，并且運轉良好。主溝上游部分已被現有廢石覆蓋，北側為延展山體，主要為東北至西南走向的山坡，地形坡度約20°；南側與練登大溝北部支溝有山脊相隔。現有歪山梁子排土場為多臺階堆置，堆排主沖臨空方向和歪山梁子溝走向相近，東南臨空方向主要分布在現有排土場上部。歪山梁子下游呈東北～西南～西走向，左岸有山脊和一山頭，可選擇在溝心轉折處筑壩，利用山頭作為屏障。下游溝心整體縱坡約10°，除有部分人工填土堆積外，總體地形有利。

因此設計在現有攔碴壩下游約265.00m處新修筑攔碴壩，溝心壩高約21.50m，對現有排土場進行壓坡腳，保障排土場穩(wěn)定；采用覆蓋式排土，覆蓋掉原有排土場堆排部分，西北部分在新設計堆存標高提高后，可以在現有排土場邊界基礎上向西側延伸約125.00m，以此在整改基礎上，盡可能利用地形增加庫容。因東南邊界已經堆排至山脊，設計維持現狀，根據西北和中部主要臺階的延展和堆排現狀自然搭接，通過調整臺階寬度的措施，做到兩者自然融合。

圖2 歪山梁子排土場堆存現狀典型斷面圖

2.2 排土場四鄰關系

擬建歪山梁子整改擴容排土場四鄰關系相對簡單，北側為正在使用的南大溝擴容排土場，中間有厚大山體相隔，頂部在南大溝擴容排土場排滿時在標高2745.00m連成一體；東側與練登大溝北部支溝中間有山脊相隔；下游擬新建攔碴壩距離沘江直線距離約1.68Km。距離七聯(lián)山地生態(tài)養(yǎng)殖場距離約190.22m，該養(yǎng)殖場現已廢棄，建議將現有建構筑拆除，避免外來人員利用該建筑居住等。

擬建排土場主要臨空面為東北-西南方向，現有大園坪選廠位于排土場下游北側，沖溝北岸，距離排土場廠區(qū)邊界現狀標高為2371.00m，擬建攔碴壩距離選廠廠界854.58m，因此結合穩(wěn)定性計算按照《有色金屬礦山排土場設計規(guī)范》的要求，擬建排土場與現有大園坪選廠之間的安全間距滿足要求。擬建排土場東南側與練登大溝北部支溝相隔山脊末段有一埡口，埡口西側有一山頭，可作為擬建排土場的屏障，設計考慮在此處修筑攔碴壩，總體有利。

2.3 工程地質條件

本工程詳細勘查報告表明擬擴建場區(qū)現狀下基本穩(wěn)定，區(qū)域地質條件適宜筑壩建場。場地內主要地層巖性構成由新至老主要為：人工堆積層廢石；沖洪積卵石；坡殘積粉質黏土；下第三系古新統(tǒng)云龍組粉砂質泥巖；白堊系上統(tǒng)虎頭寺組石英砂巖；白堊系上統(tǒng)南新組細砂巖；侏羅紀中統(tǒng)花開左組下段粉砂質泥巖；三疊系上統(tǒng)三合洞組下段角礫狀灰?guī)r。

設計根據詳勘報告對初步方案各個主要剖面進行了試算，發(fā)現整改擴建北部區(qū)域最不利滑面出現在堆排設計臺階2650m附近沿植被層和粉質粘土層交界處滑動，自堆排最低臺階坡腳滑出。結合這一因素，設計最終將北側邊界收縮，盡量減少上部臺階堆排，實行載措施后，結合下部部分區(qū)域清除根植土，安全系數滿足要求。另一方面，主溝斷面試算結果較為理想，下游堆排區(qū)域溝心將人工填土清除后，安全系數滿足要求。

新建攔碴壩布置在歪山梁子排土場現有堆石壩下游約255m處，該處地形較為平緩，溝心縱坡約9°，巖土層自上而下為人工填土、卵石層、弱風化粉砂質泥巖。攔碴壩采用堆石壩，背坡設置濾水層，防止?jié)B漏。

3 設計方案

充分考慮地形和巖土情況以及四鄰關系，在現有沖溝轉折處，山頭處設置攔碴壩，與現有歪山梁子排土場堆排臺階近似水平方向多臺階堆排；在擬建排土場頂部設計臺階坡頂標高2780.00m，讓新的排土場臺階與現狀自然搭接過渡，不翻過東南山脊。西北側現有場地上，根據公路現狀和頂部標高情況，設計最終堆置標高2745.00m。

3.1 廢石物理性質

擬擴建排土場所排廢堆料與已建排土場內的堆料來源基本相同，主要為生產剝離的廢石，其母巖主要為花開左組砂巖、麥初箐組粉砂質泥巖、三合洞組灰?guī)r、果郎組粉砂質泥巖、中細粒粉砂巖以及云龍組泥質粉砂巖，除灰?guī)r外均為軟弱巖層。架崖山、北廠礦段，構造變動強烈，風化作用強烈。排土場散體物料具有風化快、遇水易崩解等特點。物料性質對廢石場設計參數、堆排方式、安全性影響較大。本次可研結合現有歪山梁子排土場和正在堆排的南大溝擴容排土場廢石堆排現狀，廢石自然安息角介于34°到36°，設計取臺階坡面角為35°。廢渣性質：項目堆放采場廢石，由監(jiān)測報告判定本項目堆放的廢石為第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物。

3.2 排土場要素確定

3.2.1 堆排第一臺階高度的確定

廢石場作為一種特殊的工程建設，同樣要求基底的承載力滿足最基本的需要，在排土體的荷載作用下，地基由于壓縮性大，孔隙比大，滲透性小等因素，宏觀表現為豎向壓縮變形，水平擠出的變形剪切破壞，因此按照堆載預壓提高地基承載力的機理，控制排土場第一臺階高度，預壓地基，提高“地基承載力”，并將第一臺階作為后續(xù)臺階的“基礎”。在排土初期，基底巖土開始被壓實，當堆置到一定高度時，基底被壓實到最大的承載能力，但尚未到達極限狀態(tài)，經過計算排土場地基最大的承載能力允許堆置高度H1為15.2m，《有色金屬礦山排土場設計規(guī)范》規(guī)定“多臺階排土基底第一級臺階高度易取10m～25m”，參考采礦手冊中“第一臺階高度以不超過20m～25m為宜，當基底為傾斜的砂質粘土時，第一臺階的高度不應大于15m”。結合場地地形環(huán)境、工程地質條件及與現有排土場堆排邊界標高合理銜接等因素，設計中取第一臺階高度為10m。

3.2.2 廢石場工作平臺寬度確定

設計廢石場場采用多臺階排土，廢石場堆置階段的工作平臺寬度主要取決于排棄物的物理力學性質、上一臺階的高度、大塊石滾動距離、運排設備的工作寬度、平臺上最外運輸線至眉線的安全距離等確定，并應滿足上下兩相鄰臺階互不影響的要求。目前礦山南大溝擴容排土場以及原有歪山梁子排土場均采用凱沃礦用自卸汽車運輸，整車長9.3m，整車寬2.5m，轉彎半徑15.0m。

本廢石場采場汽車運輸，推土機輔助作業(yè)，汽車運輸平臺寬度如下：

A=1.5+2（R+L）+C。

式中：A——公路運輸工作平臺寬度，m；

R——汽車轉彎半徑，15m；

L——汽車長度，9.3m；

C——超前堆置寬度，2.0m。

A=1.5+2（15.0+9.3）+2=52.1m。

經計算公路運輸工作平臺寬度為52.1m，設計取53.0m，最初在工作平臺沒有達到寬度時，需要利用推土機輔助裝載堆置。

3.2.3 其他要素

根據以上確定的要素對歪山梁子排土場進行了紙上作圖設計，堆置總高度320m（設計臺階2460m至2780m）；臺階坡面角：35°；總體邊坡角：約21°；廢石松散系數K0=1.533；廢石沉降系數K1=1.20；廢石場堆存系數K=K0/K1=1.2775。

通過對以上要素確定，歪山梁子排土場整改擴建最終設計有效庫容2403.56萬立方米。歪山梁子排土場典型斷面圖見圖3。

圖3 歪山梁子排土場整改擴建典型斷面圖

圖4 總平面圖

3.3 穩(wěn)定性計算

根據《有色金屬礦山排土場設計規(guī)范》（GB50421-2007）對排土場設計等級的確定，按照計算庫容和堆置總高度，確定本排土場設計等級為一級，則歪山梁子現有排土場安全系數標準：自然工況：Ks≥1.25；地震工況：Ks≥1.10；降雨工況：Ks≥1.15。選取7個控制性剖面按照詳勘提供的巖土力學指標進行經過兩種方法校核計算后均能滿足安全系數要求。選取的控制性斷面位置見圖4總平面布置圖。

4 結論

（1）通過對歪山梁子排土場原始地形、現狀堆置情況和現有設施、四鄰關系以及巖土條件的分析可知，具備整改擴建條件。

（2）對堆置要素進行計算后，按照堆置要素進行設計，通過對整體穩(wěn)定性驗算，增加庫容是安全可靠的。