潘 濤，羅亞軍

(貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司, 貴州 貴陽(yáng) 550002)

從排土場(chǎng)的穩(wěn)定性考慮，排土場(chǎng)場(chǎng)址宜選擇在水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，原地形坡度相對(duì)平緩的溝谷，但是，如果排土場(chǎng)上部匯水面積大、縱坡陡，則極易誘發(fā)泥石流。內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣某礦區(qū)水泥用大理巖排土場(chǎng)選址位于一條溝谷中，有效容積1420萬(wàn)方，滿足礦山10年排土需求。該溝谷位于礦區(qū)東北方向約500 m，地形平緩，水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，平均自然坡度10°。根據(jù)當(dāng)?shù)靥峁┑乃臍庀髨?bào)告，區(qū)域地表無(wú)徑流，但暴雨后常有短期洪流。該溝谷西側(cè)另有一條山溝，可將短期洪流引入此山溝流出區(qū)外。排土場(chǎng)上部修筑截水溝，頂部平臺(tái)由中間向兩側(cè)留2%的逆坡，中間修筑排洪溝，將雨水引出場(chǎng)外，避免大量降水匯集，確保排水通暢，預(yù)防災(zāi)害發(fā)生。

1 排土場(chǎng)堆置要素確定

排土場(chǎng)地表被第四系黃土覆蓋,當(dāng)?shù)刭|(zhì)不良時(shí)，基底承載力不足，排土場(chǎng)容易產(chǎn)生變形破壞而影響安全，所以采用推土機(jī)將原坡推成臺(tái)階狀，以增加基巖穩(wěn)定性。根據(jù)覆蓋層厚度和地形坡度，臺(tái)階高度以5 m為宜，保持山體原有坡度。

從采場(chǎng)至排土場(chǎng)運(yùn)距較短，汽車機(jī)動(dòng)靈活，基建投資少，投產(chǎn)快，且維護(hù)方便，因此排土場(chǎng)采用汽車運(yùn)輸、推土機(jī)排土工藝。參照工程案例及《有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，排土場(chǎng)由低到高分層堆排，階段高15 m，臺(tái)階數(shù)9，總堆置高度135 m，第一臺(tái)階坡度20°，其余臺(tái)階坡面角30°，邊坡角18°。最終平臺(tái)寬度18 m。

根據(jù)《有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50421-2007)》，排土場(chǎng)安全防護(hù)距離為最大堆置高度的0.75倍，即排土場(chǎng)的安全防護(hù)距離為102 m。廢石最大滾落距離為14～16 m，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置安全防護(hù)距離為150 m，滿足安全要求。

2 坡腳防護(hù)及攔碴工程

為防止?jié)L石對(duì)山溝下方造成危害，在底部臺(tái)階坡腳處設(shè)置攔石堤(見(jiàn)圖1)。攔石堤采用當(dāng)?shù)赝潦?，梯形結(jié)構(gòu)，內(nèi)外邊坡比均為1∶1.73，堤頂高出撞點(diǎn)安全高度1 m。初期攔石堤高8 m，堤頂寬4 m，基礎(chǔ)深1 m。

圖1 坡腳防護(hù)及攔碴工程

《規(guī)范》規(guī)定，土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，宜采用瑞典圓弧滑動(dòng)法驗(yàn)算。采用土河海大學(xué)土石壩穩(wěn)定性分析軟件HH-SLOPE進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析(見(jiàn)圖2)，參數(shù)的選取見(jiàn)表1。邊坡穩(wěn)定性系數(shù)可按下式計(jì)算[4]：

式中：Fs—邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；

Ri—第i計(jì)算條塊滑動(dòng)面上的抗滑力，kN/m；

Ti—第i計(jì)算條塊滑體在滑動(dòng)面切線上的反力，kN/m。

整個(gè)排土場(chǎng)安全系數(shù)Fs=1.2858>1.2，滿足要求。

表1 巖土體計(jì)算參數(shù)的選取

圖2 排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性分析

3 防排水系統(tǒng)布置

3.1 截水溝布置

排土場(chǎng)上部修筑截水溝，每個(gè)平臺(tái)由中間向兩側(cè)留2%的逆坡，中間修筑排洪溝，使雨水集中排泄。

3.2 截水溝斷面尺寸

排土場(chǎng)匯水面積由排土場(chǎng)上部地形較高處和山脊處起算，匯水面積約為4000 m2。礦區(qū)最大降雨量按照最大日降水量計(jì)算，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告取60.1 mm/d，暴雨持續(xù)時(shí)間按照3 h計(jì)算。

(1) 計(jì)算暴雨徑流量Q：

Q=FHpΨ

式中:F—匯水面積，m2；

Hp—設(shè)計(jì)區(qū)域日最大降雨量，m；

Ψ—地表徑流系數(shù)，本設(shè)計(jì)取0.8；

經(jīng)計(jì)算，暴雨徑流量Q=192 m3/d。

(2) 流水橫斷面面積ω：

ω=Q/v

式中:Q—流量，m3/s；

v—平均流速，m/s，不應(yīng)大于允許沖刷流速，查表《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》基坑沖刷土質(zhì)渠道不沖刷流速，取v=1 m/s；

經(jīng)計(jì)算，ω<0.01 m2。

(3) 截水溝斷面為梯形斷面，上下底寬分別為2.5 m和0.5 m，深1.0 m，斷面積為1.5 m，可滿足礦區(qū)排水要求(見(jiàn)圖3)。

(4) 截水溝采用C15混凝土砌筑，部分地段坡度較大，需要采取人工加粗或底流消能措施。

(5) 為避免水溝淤塞和沖刷，應(yīng)定期對(duì)修建的截水溝進(jìn)行修繕和清理，其最小允許半徑一般不應(yīng)小于溝內(nèi)水面寬度的5倍，有加固措施時(shí)，不應(yīng)小于寬度的2.5倍。

(6) 本截水溝縱坡不應(yīng)小于0.2%。

圖3 截水溝

4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

排土場(chǎng)生產(chǎn)后期，在排土場(chǎng)坡頂和臺(tái)階處設(shè)置位移觀測(cè)樁，在兩側(cè)山梁上設(shè)置壩體位移觀測(cè)基站，采用視準(zhǔn)線法對(duì)壩體進(jìn)行水平位移觀測(cè)；采用水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行壩沉降觀測(cè)。初期每月進(jìn)行一次，當(dāng)壩的變形趨于穩(wěn)定時(shí)，可逐步減為每季一次，汛期增加觀測(cè)次數(shù)。

基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)以便于測(cè)定工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)為原則，布置在監(jiān)測(cè)區(qū)范圍外穩(wěn)定地段?，F(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增減基準(zhǔn)點(diǎn)。

工作基點(diǎn)高程盡可能接近監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，且便于觀察監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

5 結(jié) 論

(1) 對(duì)于土質(zhì)山坡，用推土機(jī)將原坡推成臺(tái)階狀，以改善排土場(chǎng)基底狀況；

(2) 沿山谷堆置的排土場(chǎng)，當(dāng)堆置高度達(dá)135 m時(shí)，總邊坡角18°，平臺(tái)寬度18 m，經(jīng)HH-SLOPE軟件分析，排土場(chǎng)安全系數(shù)滿足要求。

(3) 采用適宜的坡腳防護(hù)及攔碴工程，可確保排土場(chǎng)安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鳴展,馬萃林,楊寶慧.排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性研究與安全分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010(7):64-66.

[2]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2003..

[3]汪海濱,李小春,等.排土場(chǎng)空間效應(yīng)及其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2011,30(10):2103-2111.

[4]郭 成,馬萃林.露天礦排土場(chǎng)堆置要素的優(yōu)化[J].金屬礦山,2011(1):42-44.

[5]王 君. 某露天煤礦排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性研究[D]. 成都: 成都理工大學(xué), 2012..