探討礦山排土場泥石流的機理與防治應用

王頌軍

（四川省冶勘設計集團有限公司，四川成都 610051）

排土場是礦山在開采作業的過程中，需要將剝離后礦體表土、巖層進行堆放形成，是產生泥石流等災害事故的高發點，會對礦山的正常生產經營活動造成嚴重的影響，威脅作業人員的生命財產安全。因此，須對礦山排土場的泥石流災害問題給予高度的重視，對礦山排土場形成泥石流災害的機理，進行全面且深入的分析。礦山企業應充分結合本礦區的氣候環境、排土場的實際結構特點等，確定科學的防治方案，采取有效的預防和治理措施，避免礦山排土場發生泥石流災害，保證礦山生產作業的安全，促進我國礦山建設的健康發展。

1 礦山排土場泥石流機理分析

為了對礦山排土場形成泥石流災害的機理開展深入研究，在對礦山排土場發生泥石流案例數據總結的基礎上，通過對泥石流發生情況模擬分析，形成機理的全面分析。在模擬分析中，綜合考慮了礦山排土場松散體的不同質量和體積、降雨強度、泥石流形成的時間、流量、流速、增加體的高度、長度、寬度和體積等各項參數。根據模擬試驗數據結果，結合泥石流發生時的實際觀測數據可以發現，導致礦山排土場發生泥石流災害的主要形成機理是排土場的堆積物整體結構較為松散，其坡面易發生滑坡，導致泥石流形成。礦山排土場在暴雨或持續降雨的影響下，易誘發泥石流災害。

1.1 礦山排土場堆積物松散結構導致泥石流的機理分析

由于礦山排土場表層大多為土體堆積物，當有雨水滲入時，土體基質間的相互約束力會不斷下降，當滲入雨水達到一定量時，其相互作用力可能完全消失，會造成礦山排土場內有孔隙水產生。當孔隙水不斷增加時，孔隙水壓力會相應加大，并導致土體產生剪脹。排土場土體在剪脹作用的影響下，其斜坡土體會出現變形現象[1]。土體孔隙水超過飽和狀態時，土體會在入滲水的影響下形成應變軟化，在軟化達到極值后轉移剪應力，對相鄰土體造成進一步破壞。如果排土場土體內剪應力實現了全面貫通時，會造成排土場坡體的所有松散堆積物同時下滑，土體在下滑過程中會逐步解體，產生泥石流災害。當礦山排土場發生泥石流災害時，通常有滑坡現象存在，并在滑坡時形成泥石流，說明泥石流形成的前提是發生滑坡。在形成泥石流后，泥石流在其下滑過程中會進一步造成礦山排土場堆積物結構失穩，加大了災害程度。泥石流形成的物質來源是滑坡提供的滑坡體，是泥石流形成的重要基礎條件。

1.2 礦山排土場在暴雨條件下形成泥石流的機理分析

礦山排土場在暴雨因素的影響下，易導致泥石流災害的形成，主要由于排土場堆積物相對松散。當遭遇暴雨時，雨水會大量匯集在礦山排土場地表，形成水流較為強勁的地表徑流。雨水會對排土場表面產生強烈、快速的沖刷侵蝕作用，侵蝕能力會隨著沖刷水流流量的增加而不斷加大，雨水會與礦山排土場內的各種碎屑物混合。隨著混合物增加體積的不斷增加，礦山排土場內固體顆粒間的約束力小于增加體的重力，當礦山排土場坡摩擦力小于其固體顆粒間的阻力與水動力之和時，排土場坡面顆粒會出現下滑的現象，進而形成泥石流災害。

1.3 礦山排土場在持續性細雨條件下形成泥石流的機理分析

當礦山排土場所在區域發生持續降雨時，短時雨量可能相對較小，但在雨水的長期浸潤作用下，場內松散堆積物的重力會相應加大，相互約束力及摩擦力會不斷下降，滲流動水壓力會對堆積物結構的穩定性產生進一步破壞。超過極限值時，松散堆積物會沿礦山排土場坡面方向下滑，產生泥石流災害。因此，在持續細雨條件下形成泥石流的基本機理是由于礦山排土場內的碎屑物質吸水過飽和，導致松散堆積物的剪切力小于土體內應力。

2 防治礦山排土場形成泥石流的主要措施

2.1 采用攔蓄防治措施

防治排土場泥石流災害時，可以采用攔蓄措施，在礦山排土場內設置泥石流溝道，通過筑壩方式實現對泥石流的有效攔截，達到災害治理的目的。以攔蓄為主的防治措施主要適用于礦山排土場堆積物結構穩定性較差、不具備停淤、排導條件、泥石流災害高發的礦山排土場。在實際應用中主要在泥石流溝道內設置攔沙壩，對泥沙進行攔截，提高排土場溝床、邊坡結構的穩定性，避免形成泥石流。在治理中可以結合植樹造林等方式進一步固定邊坡，以提高防治效果。

2.2 采用排導結合防治措施

如果礦山排土場下游具備筑壩、停淤條件，其周邊地區地形適合進行排導，如無法利用泥石流溝道進行攔截，可采取排導治理方式，以防治泥石流災害的發生，保證礦山作業的安全。

2.3 結合生物治理的防治措施

如果礦山排土場規模相對較小，主要由坡面滑坡、水土流失等因素引發的泥石流災害時，應將防治的重點放在水土流失的治理方面，可在采取工程措施的同時，結合生物工程技術，采取種草、植樹造林等方式利用植被覆蓋實現對滑坡體的有效固定[2]。如果排土場坡度較大時，可以設置排洪溝、混凝土條格以控制滑坡，可以采取修筑攔排壩等方式防治泥沙流失，切斷泥石流形成的物質來源，以達到防治泥石流形成的目的。

2.4 綜合采用多種防治措施

在確定防治措施時，應首先全面收集礦山排土場的主要泥石流災害類型資料，如果屬于多種類型并發或以滑坡性泥石流為主的礦山排土場，應綜合采用停淤、攔截、排導等不同措施對泥石流災害進行全面治理。應有機結合農業、生物措施等提高防治效果，對泥石流災害進行準確預報，以提高礦山排土場結構穩定性，保證礦山生產作業的安全。

2.5 采用控制水動力的防治措施

水動力是誘發礦山排土場形成泥石流的重要因素，在防治泥石流時，應將治水作為治理的重要環節。對水動力較為豐富的礦山排土場，由于其堆積物的含水率相對較高，易形成稀性泥石流災害。在防治過程中應設置引排水設施等對排土場水量進行調節，通過削減洪峰、引流等方式，使排土場內地表徑流量降低，有效控制水動力。在實際應用中可以采用修建攔排壩、結合植樹造林等措施，減少徑流量和滑坡沙石量，以達到防治泥石流的目的。

3 礦山排土場泥石流的機理與防治應用實踐

3.1 礦山排土場形成泥石流的機理分析

某礦山排土場主要為尾礦庫，其堆積物中有大量有毒、有害物質。因此，為了防止形成泥石流，影響周邊生態環境、礦山企業的正常生產作業，應準確判斷其是否具備泥石流形成的基礎條件。

3.1.1 礦山排土場泥石流形成的物源條件分析

由于該礦山排土場的巖體主要為節理發育的大理巖、紅黏土、適應云母片巖等，堆積物中包括大量的廢棄渣土，嚴重的風化巖體、松散堆積物均為該礦山排土場泥石流的形成提供了物源條件，因此，該排土場發生泥石流災害的風險系數較高。

3.1.2 礦山排土場泥石流形成的地形地貌特點分析

該礦山排土場規模較大、邊坡坡度較陡，相對高差達到500 m以上，表面為裸露的松散巖土體，無植被覆蓋，其地形地貌條件較易于誘發泥石流的形成。

3.1.3 該礦山排土場泥石流形成的水源條件分析

該礦山排土場所在區域降雨較豐富，大部分為集中降水，為泥石流的形成提供了水動力基礎。

結合該礦山排土場泥石流的形成基礎條件分析，其在受暴雨、持續降雨、排土場結構等因素影響下，均可能導致泥石流的形成。

3.2 礦山排土場防治泥石流形成的有效途徑分析

3.2.1 堅持排土場泥石流治理的基本原則

在確定礦山排土場的具體防治措施時，應檢測以預防位置的基本原則，將預防與治理工作有機結合，應采取必要的工程治理措施，加強對排土場邊坡、溝谷的治理。應充分運用生物治理等先進的防治理念，因地制宜地制定科學的防治方案，將礦山排土場泥石流的治理工作與周邊地區的建設規劃、社會經濟發展需要結合，以實現對排土場的科學防治。

3.2.2 該礦山排土場泥石流防治方案分析

由于該礦山排土場泥石流活動頻繁且類型相對單一，其周邊區域不具備修建攔擋設施的地質條件，無固定泥石流流通區存在，因此，無法采用設置攔擋或攔蓄設施的防治方式。由于該排土場在持續使用中，礦山企業需要不斷向場內堆放廢棄渣土，不具備采用生物治理措施的條件。根據對各種因素的綜合分析后，確定應將該排土場的防治工作重點放在治水方面。在防治實踐中采取了設置防洪截水溝的方式，在突出所有臺階均應布設排水溝、截水溝，其應與坡腳間應保持1.5 m的間距。在日常管理中應做好排堵清淤工作，確保排水設施功能可正常發揮作用，達到防止泥石流形成的目的。

4 結語

為防止排土場發生泥石流災害，減少礦山工作人員的傷亡、經濟財產損失，應對礦山排土場形成泥石流的基本機理進行深入的分析研究，應積極總結經驗，根據各礦山排土場的具體環境條件、排土場結構特點等采取有效的防治措施。通過治水、對礦山排土場的綜合性治理，消除礦山排土場的風險隱患，保證礦山生產作業的安全，推動我國礦山事業的健康發展。