小型排土場(chǎng)關(guān)閉治理及穩(wěn)定性分析

韓瑞亮，禹朝群，高玉倩

（河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司，河北 唐山 063700）

排土場(chǎng)作為礦山重大危險(xiǎn)源之一，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、關(guān)閉治理不規(guī)范將嚴(yán)重影響礦山的安全生產(chǎn)，一旦發(fā)生滑坡事故將威脅著下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全[1-2]。

1 排土場(chǎng)現(xiàn)狀分析

排土場(chǎng)位于礦區(qū)范圍內(nèi)東南部山溝里，距離采場(chǎng)最近處200m左右，排土場(chǎng)與露天采場(chǎng)分別位于山脊的兩側(cè)，不會(huì)對(duì)采場(chǎng)生產(chǎn)安全構(gòu)成影響。

圖1 排土場(chǎng)現(xiàn)狀

排土場(chǎng)西側(cè)有一條排土公路，周邊無鐵路、主要公路、水源、湖泊等，下游2㎞內(nèi)無居民區(qū)和其他工業(yè)設(shè)施等。排土場(chǎng)周邊環(huán)境屬于簡(jiǎn)單類型。

排土場(chǎng)工程地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，礦區(qū)內(nèi)及附近無地表水體，大氣降水是唯一水的來源，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

2 排土場(chǎng)關(guān)閉設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)分別在955m、930m、895m水平設(shè)3個(gè)安全平臺(tái)，安全平臺(tái)寬度15m～20m，排土場(chǎng)最下部臺(tái)階高度65m，最高排土標(biāo)高985m，最低標(biāo)高830m，總堆置高度達(dá)155m，總堆置坡度為29°。

圖2 排土場(chǎng)關(guān)閉設(shè)計(jì)

（1）排土場(chǎng)等級(jí)。排土場(chǎng)最高堆置高度155m，根據(jù)堆置高度劃分排土場(chǎng)等級(jí)對(duì)應(yīng)為二級(jí)，總?cè)萘?48萬m3，根據(jù)排土容積劃分排土場(chǎng)等級(jí)對(duì)應(yīng)為四級(jí)；根據(jù)3.2.1條兩者的等差大于一級(jí)時(shí)，采用高標(biāo)準(zhǔn)降低一級(jí)使用，應(yīng)此排土場(chǎng)的級(jí)別為三等。

（2）排土平臺(tái)寬度。設(shè)計(jì)排土場(chǎng)采用壓坡角式多臺(tái)階排土方式，排土場(chǎng)堆置階段的工作平盤寬度主要取決于排棄物的物理力學(xué)性質(zhì)、采用的排巖設(shè)備、運(yùn)輸方式等因素，其寬度應(yīng)達(dá)到排巖工作不受影響的要求。經(jīng)計(jì)算，在滿足挖掘機(jī)、推土機(jī)清理的排土臺(tái)階平臺(tái)寬度不小于15 m。

（3）排土場(chǎng)邊坡角。本次設(shè)計(jì)所排棄的巖土為采場(chǎng)剝離的廢棄物。為確保排土場(chǎng)的穩(wěn)定，根據(jù)采場(chǎng)境界內(nèi)圍巖的實(shí)際情況，排棄巖土的自然安息角平均值為36°，設(shè)計(jì)排土場(chǎng)治理后最終邊坡角為29°。

（4）排洪設(shè)施設(shè)計(jì)。排水邊溝采用漿砌片石結(jié)構(gòu)，水泥抹面，斷面為梯形，上底寬0.9m、下底寬0.6m、高0.8m。平臺(tái)排水溝采用毛溝結(jié)構(gòu)，毛溝斷面為梯形，上底寬0.9m、下底寬0.6m、高0.6m，以確保雨季期間排水順暢。

3 排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

根據(jù)邊坡破壞模式，本計(jì)算軟件中所采用的計(jì)算方法為極限平衡法中的Bishop法，通過數(shù)值模擬對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，Bishop法是計(jì)算單一圓弧型破壞最為常用和有效的方法，此種方法將滑體垂直劃分為n個(gè)條塊，取其中任一條為i，其幾何形狀及受力分析如圖3所示。

圖3 Bishop法條塊力系分析

其計(jì)算公式：

排土場(chǎng)堆置的排棄物以碎石、塊石為主，巖石體重2.7t/m3，普氏硬度系數(shù)f=12～14，松散系數(shù)1.5。根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，本次計(jì)算選取的參數(shù)見表1。

表1 物理力學(xué)參數(shù)表

本次分析選取了黑山鐵礦II采場(chǎng)排土場(chǎng)及其相鄰的龍?zhí)洞彖F礦排土場(chǎng)A-A′、B-B′工程地質(zhì)剖面作為代表性剖面進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算所用參數(shù)均參照相鄰I號(hào)采場(chǎng)排土場(chǎng)堆置物的數(shù)據(jù)選取，確定該礦山的巖體力學(xué)參數(shù)見表1。

4 排土場(chǎng)治理

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排土場(chǎng)作業(yè)方式，設(shè)計(jì)采用反鏟—推土機(jī)聯(lián)合治理工藝。為了保證挖掘機(jī)和推土機(jī)的安全生產(chǎn)，應(yīng)在廢石場(chǎng)邊緣處設(shè)置安全車檔，車檔高度不應(yīng)小于輪胎直徑的2/5，車檔頂部和底部寬度分別不應(yīng)小于輪胎直徑的1/3和1.3倍，排土平臺(tái)形成3%的反坡。排土場(chǎng)臺(tái)階清理自上而下進(jìn)行，先清理955m水平，清理完后再依次清理930m、895m水平，排土場(chǎng)治理需清理土石方量為21.06萬m3。

5 結(jié)論

根據(jù)《冶金礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51119-2015）中6.4條所規(guī)定安全系數(shù)，該排土場(chǎng)失事后不致造成人員傷亡或造成經(jīng)濟(jì)損失不大時(shí)，邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)KS取1.15～1.20。從以上分析可以看出現(xiàn)狀各剖面部分較陡坡段安全系數(shù)均大于1.15，均達(dá)到規(guī)范所規(guī)定安全系數(shù)，能保證排土場(chǎng)邊坡的安全，但排滿后仍應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做好防護(hù)措施，確保排土場(chǎng)的安全。