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1、中冶北方工程技術(shù)有限公司,*,中冶北方工程技術(shù)有限公司,排土場的安全防護,對策措施與事故分析,1,、概述,2,、排土場的分類,3,、排土場的災(zāi)害特征,4,、排土場的安全對策措施,5,、排土場安全與環(huán)境保護設(shè)計,6,、排土場事故分析,礦山排土場需要占用大量的土地。俄羅斯、美國的礦,山，排土場占地面積分別為礦山總占地面積的,50%,和,56%,，,我國排土場占地面積為礦山總占地面積的,3550%,。我國人口,眾多，人均耕地,1.4,畝，只有世界水平的,1/3,，保護耕地是我國,的基本國策。,排土場占地是我國礦業(yè)破壞國土的主要組分，目前全國,已達（,114,210,）萬,km,2,，各類排土場、矸石

2、山、尾砂庫、粉,煤灰堆每年還以占地（,200,340,）,km,2,面積在增加。排土場占,地已成為危及礦區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、影響人類生態(tài)環(huán)境的頭,等大事。,對于國力還只能支撐,6%,國土復(fù)墾率的發(fā)展中國家，經(jīng)濟,合理地最大限度利用排土場已有占地，增加堆高、擴大堆容、,建設(shè)超高臺階排土場是具有中國特色的排土場新技術(shù)。,排土場主要有軟土基底、泥石流、水等三大災(zāi)患，對于,其作用機制，分析其影響因素，制定相應(yīng)對策，為實施大幅,度減少占用國土、降低開采成本，提供了可靠的依據(jù)。為此,有必要排土場穩(wěn)定研究展開一系列的研究工作。,自上世紀,70,年代中期國際上采礦先進的大國才開始進行,礦山排土工藝的技術(shù)現(xiàn)代化和

3、排土場穩(wěn)定性及其治理措施方,面的研究工作，其中前蘇聯(lián)開展較早，在很多露天礦排土場,開展了科學(xué)研究工作，在理論上發(fā)表了較系統(tǒng)的專門著作和,論文。,我國采礦界對于露天礦排土場穩(wěn)定性研究起步較晚，由,于過去對排土工藝和排土場穩(wěn)定性控制及其災(zāi)害防治方面的,設(shè)計深度不夠，適應(yīng)不了礦山大規(guī)模生產(chǎn)的需要，因此，在,很多大型礦山排土場先后出現(xiàn)了滑坡及泥石流災(zāi)害，給安全,生產(chǎn)和環(huán)境保護帶來嚴重的危害。,研究排土場滑坡變形機理及其綜合治理措施，尤其是結(jié)合排土工藝研究排土規(guī)劃，研究高臺階排土場優(yōu)化參數(shù)，對于增加排土堆置容量，提高排土效率，減少占地和環(huán)境污染具有十分重要的意義。,目前我國冶金礦山受征地條件限制，排土場

4、不斷向高排土場方向發(fā)展，已設(shè)計形成高達,300m,的大型覆蓋式排土場。排土場穩(wěn)定性直接影響下游設(shè)施的安全，目前此方面的研究成果較少。,典型的礦山排土場一般建在靠近露天采場的山坡處，,山,坡的自然坡度在,5,20,。近幾年來，越來越多的山區(qū)露天,礦實踐了將排土場設(shè)在溝谷中，使得排土場的堆積容量增,加，經(jīng)濟上合理，但隨之而帶來的是溝谷中的溪流通過排土,場底部滲流的方式通過，造成溪流水質(zhì)的污染和暴雨季節(jié)排,土場內(nèi)部水流作用而引起的排土場的穩(wěn)定性問題。,一般情況下排土場可以分為四種基本類型：,即單臺,階排土場、壓坡腳式排土場、護堤式排土場、疊加式或覆蓋,式排土場，,詳見下圖。,1,排土場分類,單臺階排

5、土場,壓坡腳式排土場,護堤式排土場,覆蓋式排土場,單臺階排土場是最高的排土場。用來堆置從山坡頂或附近露天采場來的巖石,。,壓坡腳式排土場容納,從采場逐漸降低的標(biāo)高運來得巖石,。這類排土場對于已形成的單臺階排土場具有坡腳支承作用，并能保持住在較高排土場的坡面上堆置軟弱巖類,護堤式排土場也是容納,采場較低標(biāo)高運來的巖石,。當(dāng)排土場地基存在不良巖層或存在松軟巖土邊坡時，這類排土場可以對高邊坡排土場提供坡腳支撐，同時,護堤式排土場適宜于在護堤和山坡之間堆置軟弱土層,。,覆蓋式排土場在較平的谷底上形成，用于堆置與谷底標(biāo)高相當(dāng)或稍低的采場水平的廢石。較低的臺階高度與平緩的山坡地基為容納松軟巖石提供了理想的

6、條件,。,在建設(shè)排土場時通常采用四種排土方式排土順,序（有時同時使用），分為,汽車直接排卸、推土機,推排、電鏟倒裝排土和膠帶機排土方式。,汽車直接排卸,電鏟倒裝排土,推土機推排,膠帶機排土,汽車直接排卸是通常采用的排土方式，它的優(yōu)點是,利用巖石從汽車廂斗滑落所產(chǎn)生的慣性，產(chǎn)生最好的自然分級，粗的、堅硬的巖石集中在坡腳的底部。,這種排土方式利于排土場的穩(wěn)定,推土機推排主要用于平整排土場地和配合汽車排土，由于推土機排土方式缺少汽車直接排土?xí)r的慣性作用，因此，排土場的分選性差，難于形成底部大塊的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)，,對于穩(wěn)定性要求較高的排土場不推薦推土機推排，,推土機適用于平整排土場場地，為汽車直接排土創(chuàng)造

7、一個良好的工作面。,電鏟倒裝排土主要用于鐵路排土場的排土方式，排土作用類似汽車排土，也可以,形成良好的自然分級,。,膠帶機排土連續(xù)，能力大，但排棄廢石的粒度較小，一般小于,350mm,。,排士工藝,露天礦山排土場按照排土場的地形條件、排土,工藝、排土方式、排土容積、地基土特征、周邊,環(huán)境特征分為不同類型的排土場。由于相關(guān)規(guī)范,規(guī)定正在編制過程中，因此按照個人觀點提出如,下分類，詳見下表。,分類條件,分類,說明,地形條件,1,、山坡型排土場；,2,、溝谷型排土場；,3,、平地型土場；,4,、河流型排土場；,5,、高山型排土場,前兩種較為常見，大多數(shù)冶金礦山排土場都包含這兩種類型。平地排土場一般常

8、見于西北戈壁灘上和草原等寬廣平坦地區(qū)，國外很多。河流型排土場不多見，一般指排土場堆排在常年性河流上，河流一般通過滲流方式通過排土場底部。高山型排土場也不多見，即排土高差極大，如酒鋼黑溝鐵礦排土場。,排土工藝,1,、單臺階排土場；,2,、壓坡腳式排土場；,3,、護堤式排土場；,4,、疊加式或覆蓋式排土場。,過去第,1,種與第,4,種較為常見。隨著安全要求的提高，排土場逐漸開始采用以安全為前提的第,2,種和第,3,種方式。,排土方式,1,、汽車直接排土場；,2,、推土機推排土場；,3,、電鏟倒裝排土；,4,、膠帶機排土方式。,汽車直排土場對排土場分級有利，但存在排土安全問題，目前大多采用汽車,推土

9、機聯(lián)合排土工藝。電鏟排土主要用于鐵路排土場，排土段高不大，膠帶機排土大型礦山采用較多，排土高度大。,排土場初步分類與說明,分類條件,分類,說明,地基土特征,1,、良好的地基土；,2,、軟弱地基土；,3,、復(fù)合條件地基土,在戈壁灘或基巖出露地區(qū)（第四系覆蓋層較薄）應(yīng)屬于良好的地基土條件。第四系土層較厚，存在濕陷性黃土和軟弱土層地區(qū)排土場應(yīng)屬于軟弱地基土。很多情況下排土場地基土屬于既有軟弱土層，又有良好地基土條件，因此需要根據(jù)勘察資料進行分析。,周邊環(huán)境,1,、獨立排土場；,2,、周邊存在建（構(gòu)）筑物設(shè)施；,3,、,與尾礦庫在一起；,獨立排土場一般周圍不存在村莊、工業(yè)設(shè)施、采場等，安全要求較低。大

10、多數(shù)排土場不屬于此類。,與尾礦庫在一起的排土場越來越多，有時尾礦庫在排土場上游，也有在排土場下游的。,如鞍鋼幾個礦山、正在設(shè)計的太鋼袁家村鐵礦，四川米易地區(qū)的部分土場。,排土場容積,大于,1000,萬,m,3,或,150m,高；,5001000,萬,m,3,或,100150m,高；,100500,萬,m,3,或,50100m,高；,小于,100,萬,m,3,或低于,50m,高。,引自,有色金屬排土場設(shè)計規(guī)范,。黑色冶金礦山應(yīng)比此標(biāo)準高（排土場的容積和排土場高度）。,其它,按照設(shè)置地點分為,內(nèi)部排土場和外部排土場,；按照時間分為永久排土場和臨時排土場；按照排棄物料特征分為表土堆場、基巖堆場（不分

11、粒級）、膠帶排巖堆場、干選堆場等。按照投資分為基建土場和生產(chǎn)土場。,排土場初步分類與說明,沉降壓縮變形,滑 坡,泥石流,2,排土場災(zāi)害特征,排土場主要用于排棄露天采場礦體破碎圍巖，根據(jù)國內(nèi)外所產(chǎn)生滑坡,的排土場的調(diào)查分析，其排土場災(zāi)害主要為如下幾種。,由于巖石自重的作用，排土場逐漸壓實和沉,降的過程，即沉降壓縮變形，根據(jù)其它礦山現(xiàn)場,觀測資料，這一沉降過程要連續(xù)多年，其,沉降壓,縮率波動于,10,20%,的范圍內(nèi),。沉降系數(shù)和沉降,壓縮率是反映廢石沉降程度的物理量。這種變形,速度慢，幅度不大，破壞性小，對生產(chǎn)沒有太大,的影響。,沉降壓縮變形,排土場沉降壓縮變形,1,、排土場內(nèi)部滑坡,地基巖層穩(wěn)

12、固，由于物料的巖石力學(xué)性質(zhì)，排土工藝及其外,界條件如外載荷，雨水等導(dǎo)致的排土場失穩(wěn)現(xiàn)象，其滑動面出露,在排土場的不同高度處。詳見下圖。,滑 坡,2,、沿地基接觸面的滑坡,滑坡沿著地基土的軟弱接觸帶產(chǎn)生，雖然水平地基也會出現(xiàn)這類滑,坡，但多數(shù)在傾斜地基條件下發(fā)生，特別當(dāng)廢石堆置在傾角較陡的山坡,上時，對排土場很容易滑坡。詳見下圖。,滑 坡,3,、軟弱地基底鼓引起的滑坡,由于地基中軟弱巖層受排土場壓力的作用面發(fā)生破壞，地基中出現(xiàn),巖層滑移和底鼓等現(xiàn)象。從而導(dǎo)致排土場滑坡。詳見下圖。,滑 坡,泥石流總產(chǎn)生在溝谷中或地上的一種飽含大量泥砂，石塊和巨,礫的固液兩相流體，它是各種自然應(yīng)力和人為因素綜合作用

13、的結(jié)果。,它給自然環(huán)境和人們生產(chǎn)活動帶來巨大的破壞和災(zāi)害。,泥石流形成的三個條件：,含,豐富的固體物質(zhì)、陡峻的地形和較大的溝床縱坡、有充裕的,水源。,排土場在形成過程中，所用的物料和排土工藝都受設(shè)計控制，,所以在排土場內(nèi)部不會產(chǎn)生軟弱面。排土場堆積和形成完畢后，由,于溝谷型排土場的特點，大氣降雨匯入下部溝谷中，土場內(nèi)部開始,產(chǎn)生滲流，在降雨季節(jié)，流過排土場底部的水位比正常時節(jié)抬高，,下部土層和巖體含水量增大，強度會隨之降低，下部風(fēng)化巖受上部,排土場堆積物料的擠壓，強度降低較大，會形成新的軟弱面。導(dǎo)致,整個排土場整體沿軟弱面滑動。,泥石流,泥石流形成滑坡,滑坡后土場前緣開裂現(xiàn)象,排土場的安全防護

14、對策措施應(yīng)根據(jù)排土場的災(zāi)害特征采取,主動防護、預(yù)先處理、工藝調(diào)整、安全預(yù)警與設(shè)定防護距離等,多項措施。,主動防護包括設(shè)置攔擋堆石壩、初始護堤、防排洪設(shè)施,等；預(yù)先處理一般針對軟弱地基土地區(qū)采取，一般采用清除軟,弱地基土、設(shè)施滲透層、清除表面植被等方法；工藝調(diào)整一般,是按照堆排物料特征、地基土特征及降雨特征等按照不同條件,下的排土場穩(wěn)定性狀況來調(diào)整排土場的堆排高度、排土工藝；,安全預(yù)警主要是建立排土場安全監(jiān)測網(wǎng)，采取定期觀測與實時,監(jiān)測相結(jié)合的方式，對可能產(chǎn)生大的滑動破壞排土場進行安全,預(yù)警，防止大的災(zāi)害發(fā)生。,設(shè)定安全距離主要是根據(jù)下游設(shè)施的類型和排土場堆積高,度來劃定排土場前緣與下游設(shè)施的安

15、全距離。目前較為統(tǒng)一的,說法是排土場終了堆積狀態(tài)時坡腳與下游設(shè)施（村莊等有人居,住設(shè)施）的距離大于排土場堆積高度的,2,倍。其它措施還包括軟,弱圍巖分排、削坡降段、排土場坡面復(fù)墾等。下面簡要介紹主,要防護措施。,3,排土場安全對策措施,安全距離,堆石壩防護,01,防排洪措施,02,泥石流災(zāi)害防治,03,工藝調(diào)整,04,05,堆石壩防護主要針對溝谷型排土場，一般在設(shè)計排土場的下游溝谷出設(shè)置堆石壩，壩高一般,1020m,，在清基的條件下，采用堆石直接碓筑形成。堆石壩起到初期防止小規(guī)模泥石流和堆排后保護排土場在溝谷方向上的坡腳的作用。堆石壩設(shè)計一般包括壩體材料、清基要求、分層碾壓、干砌石護坡等內(nèi)容。

16、,堆石壩防護,已施工完成的堆石壩,一般情況下，排土場的防排洪主要針對溝谷型土場，主要預(yù)防排土場上部匯水對排土場造成的威脅。一般包括截洪溝和排洪硐等。按照排土場的設(shè)計條件可采用分期修建和一次性修建的方式，主要目的時間少排土場的匯水，提高排土場的穩(wěn)定性。,防排洪措施,某礦區(qū)設(shè)計規(guī)模,150,萬,t/a,。設(shè)計的,號排土場位于露天采場的北側(cè)溝谷中，有效容積,425,萬,m3,，最終堆積標(biāo)高,272m,。由于該溝谷正對下部采場，溝谷的自然地形坡度大，匯水急，易產(chǎn)生滑坡和泥石流等災(zāi)害，一旦強降雨，將對下部露天采場產(chǎn)生巨大的威脅。因此，對該溝谷型排土場進行了穩(wěn)定性分析并提出相應(yīng)的安全對策措施。,堆石壩與防排洪設(shè)計實例,礦區(qū),號排土場內(nèi)有一近南北向的季節(jié)性河溝，它的流域面積約為,0.3km2,，在枯水季節(jié)流量較小，雨季流量較大，主河道通過排土場長度為,525m,。它流經(jīng),號排土場的底部，直接威脅著排土場的穩(wěn)定性。,該排土場的邊緣設(shè)計在距離露天采場邊緣,60m,左右，原設(shè)計排土場有效容積為,750,萬,m3,，最終堆置標(biāo)高為,272m,，廢石由東向西排放，現(xiàn)在廢石場底邊線已排到的溝谷的底部邊緣，如果繼