淺談礦山排土場設計及優化治理

柴 立

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

1 排土場概況

該排土場所在區域的地質特征為典型的河流沖洪積Ⅱ級階地平原地貌。地形標高是21m～36m，排土場大約可以存放64700萬t，大約占用土地面積是610hm2。

2 排土場安全設計

針對排土場進行有效的安全設計，對排土場的工作人員安全、設備安全及下游生命財產安全有著至關重要作用。排土場安全設計過程中要充分考慮邊坡穩定性、安全措施及相關建筑結構的安全防護距離等因素。

3 排土場邊坡穩定性分析及優化措施

3.1 影響排土場邊坡穩定的主要因素

本排土場中影響邊坡穩定性的因素主要包括。

3.1.1 地基土的性質

針對本排土場工程做了詳細全面的地質勘探、原位測試和室內試驗等工作，得出本排土場的地層巖土性質為：勘測深度范圍內的排土場表層屬于素填土（Qml），然后是統黃褐色沖積粉土及細砂（Qal），再往下是統沖洪積（Qal+pl）細砂及黏性土。排土場的地基土層參數如表1所示。

表1 排土場地基土層參數

3.1.2 水文地質條件

本排土場工程中水文地質的影響作用主要表現在大氣降水、地表水及地下水三個方面。

（1）大氣降水的影響。大量的大氣降水會減弱排土場物料的內摩擦角及黏聚力，使穩定性不足。本排土場地區的氣候屬于溫帶大陸性氣候，不僅降水時間段集中，而且降水量也比較大。據多年監測數據得知，該區域每年的降水量平均是668mm，且6月～9月是降雨集中時間段，且7月、8月多有暴雨。

（2）地表水影響。地表水主要因大氣降水而形成，排土場區域及周邊地勢屬于北高南低、東高西低的情況，易在北側和東側形成比較大的匯水面積。如果降雨比較大的情況下，就易在地表產生徑流而對排土場邊坡腳形成沖刷作用，破壞排土場穩定性，增大直線型滑坡幾率。同時，地表水的持續下滲會減弱排土場基層的黏聚力，易在邊坡上引發整體滑動。

（3）地下水影響。本排土場鉆孔勘查過程中都遇到地下水。地下水可使土體軟化、強度降低。同時，在土體的毛細作用下，也會增大地下水的浸濕面積，擴大不利影響。另外，地下水位的升降會形成很強的動水壓力及靜水壓力，且也會溶解土層結構內的易溶物質，進而破壞土體結構穩定引發滑坡問題。

3.1.3 地震

本排土場設計過程中充分考慮了地震因素，設計抗震防烈度是Ⅶ度區第一組，基本地震加速度設計值是0.15g。

3.2 排土場的滑坡類型

本排土場地處平原地區，平均坡度＜1%。所以排土場自身滑坡和沿地基軟弱層滑坡是本排土場中易發的滑坡形式。其中，排土場自身滑坡產生的原因是由于降水沖刷排土臺階，減小了場地內物流內摩擦角和黏聚力引起的土體滑動。沿地基軟弱面滑坡則主要是由于軟土地基、地表水排泄不暢、地下水位上升或總堆置高度太高等原因引起的。

3.3 排土場穩定性計算

3.3.1 計算參數

①排土場下部地基土層計算參數（見表1）；②排土場堆積體計算參數（見表2）；③抗震設防烈度為7°，設計基本地震加速度為0.15g；④根據排土場工程地質勘查報告，17-17斷面處地面標高為22.20m，是排土場最危險斷面之一，因此以17-17斷面作為計算斷面。

表2 排土場堆積體參數

3.3.2 計算模型

在排土場工程中，安全平臺的寬度情況對邊坡穩定有著至關重要的影響。安全平臺寬度越大，則邊坡越穩定，但容納量就越小。反而言之，安全平臺寬度越小，邊坡越不穩定，然而容納量會增大。因此，設計排土場邊坡的時候應確保安全的基礎上，再盡可能的增大其容積。本排土場17-17斷面位置的堆置高度設計為103.8m，安全平臺設計寬度是20m，邊坡自然安息角是35°，這種情況下的17-17斷面的具體計算模型如圖2所示。

圖2 17-17斷面、20m平臺寬度的計算模型

3.3.3 計算方法及安全系數限值

結合本排土場整體的邊坡穩定性情況，最終確定計算方法為極限平衡法，邊坡穩定性設計計算方法為詹布法，穩定性校驗選擇畢肖普法。

設計：自重。

校核：自重+地下水+地震力。

同時，結合《有色金屬礦山排土場設計標準》GB50421的有關規定，明確排土場穩定性計算的安全系數限值是1.20，檢驗安全系數限值是1.10。

3.3.4 計算結果

經計算得出排土場穩定性的具體安全系數為1.61＞限值1.20，檢驗安全系數為1.19＞1.10，說明本排土場邊坡的安全系數滿足相關規范及現實要求。

3.4 優化邊坡穩定性的措施

（1）防排水措施。因為本排土場的地勢為北部和東部高、南部和西部比較低，所以在北部和東部設計了截水溝，來有效控制地表徑流不流入排土場內。且選擇公路科學研究所簡化公式進行計算，明確排土場北側截水溝流量是Q=2.43m3/s，東側截水溝流量是Q=4.02m3/s。

（2）結合實際情況合理設計及控制安全平臺的實際寬度，促使所有邊坡角的設計都能滿足排土場的實際要求。

（3）選用大塊石對坡角部位實施填筑，增強了坡腳的抗沖刷能力及排水能力，進而降低了因坡腳軟弱而引起排土場邊坡失穩等情況發生的幾率。

（4）安全防護距離。為防止邊坡失穩或大塊滾石損害下游居民生命財產的情況發展，在排土場坡底線和下游建筑物之間設計預留足夠的安全防護距離，并及時有效拆遷了一些不滿足要求的建筑物。

4 結語

綜上，通過本文對某礦山排土場設計及優化治理的研究，得知現實中影響排土場安全的因素較多，所以相關技術人員在排土場設計中，必須充分考慮各種影響因素，并設計相應的優化措施，確保排土場的安全，最終為礦山增產增效奠定基礎。