張建強(qiáng)

（新白馬礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川 攀枝花 617200）

人類社會(huì)在進(jìn)行生產(chǎn)和建設(shè)的過(guò)程中，不可避免地會(huì)進(jìn)行一些開(kāi)采工作。尤其是露天采礦工程，由于挖掘巖土體會(huì)導(dǎo)致大量剝離物的產(chǎn)生，以至于排土場(chǎng)成為露天采礦工程中非常重要的一部分。因?yàn)橛绊懪磐翀?chǎng)邊坡穩(wěn)定性的因素復(fù)雜，導(dǎo)致排土場(chǎng)在建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中常常有事故發(fā)生，也由此可見(jiàn)，礦山相關(guān)管理者為了保障礦山的生產(chǎn)效率以及礦山能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，排土場(chǎng)的建設(shè)穩(wěn)定也是一個(gè)需要顧及的重要問(wèn)題。

1 露天礦排土場(chǎng)的形成及可能導(dǎo)致的災(zāi)害

露天礦排土場(chǎng)的主要作用是放置采礦工作中產(chǎn)生的大量泥土沙石等廢棄物，以確保礦山有序開(kāi)采有用的礦石，是一個(gè)大型的由人工堆積的松散物體。由于排土場(chǎng)建設(shè)的不當(dāng)不僅會(huì)帶來(lái)安全隱患，引發(fā)一些安全事故的發(fā)生，如泥石流、山體滑坡，等等，同時(shí)還給環(huán)境保護(hù)工作帶來(lái)了極大的困難。

由于地質(zhì)條件、氣候條件等存在差異，引發(fā)排土場(chǎng)失穩(wěn)的因素不同，產(chǎn)生的災(zāi)害也有不同。排土場(chǎng)內(nèi)部滑坡、沿地基接觸面滑坡和沿排土場(chǎng)地基軟弱層滑坡是排土場(chǎng)失穩(wěn)的三種主要模式。比較常見(jiàn)的排土場(chǎng)滑坡主要是由排土場(chǎng)內(nèi)存在的軟弱層，因?yàn)榈乇韰R水會(huì)雨水的浸入，本就脆弱的軟弱層受到的水分的侵蝕就會(huì)導(dǎo)致滑坡的安全事故出現(xiàn)，因?yàn)閹r土土質(zhì)本身存在不同、排土工藝和其他外界條件不同，所以導(dǎo)致的排土場(chǎng)滑坡會(huì)使其滑動(dòng)面存在不同的高度，另外一種是散體巖石的高度低于排土場(chǎng)的高度，使散體巖石的承載壓力過(guò)大，從而導(dǎo)致排土場(chǎng)邊坡失穩(wěn)，從而導(dǎo)致滑坡的出現(xiàn)。

有的排土場(chǎng)的基底脆弱不穩(wěn)定，承載能力低以至于排土場(chǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滑移的情況，從而導(dǎo)致滑坡引發(fā)安全事故。不同的人工堆積層、土質(zhì)或洪水帶來(lái)的卵石層都是影響排土場(chǎng)基底穩(wěn)定性的重要因素。一般情況下，由于排土場(chǎng)基底弱層不穩(wěn)引發(fā)的排土場(chǎng)滑坡的多為排土場(chǎng)基底平移引發(fā)，且滑動(dòng)的規(guī)模通常較大。排土場(chǎng)的地基接觸面的摩擦不當(dāng)也有可能導(dǎo)致排土場(chǎng)的滑坡。排土場(chǎng)的松散巖石和地基接觸面之間的摩擦強(qiáng)度小于排土場(chǎng)的內(nèi)部承載能力的時(shí)候就有可能導(dǎo)致排土場(chǎng)滑坡。因地基與排土場(chǎng)接觸不當(dāng)導(dǎo)致的滑坡一般情況下主要出現(xiàn)在地基傾斜角較高，即地形較陡的情況下，容易造成大規(guī)模的排土場(chǎng)滑坡。

造成排土場(chǎng)滑坡的原因不僅僅是因?yàn)榈鼗嗳趸蚺c地基接觸面的接觸不當(dāng)，也有可能是因?yàn)榕磐翀?chǎng)中的松散物質(zhì)在與水接觸后達(dá)到一定的飽和程度，使原本松散的物質(zhì)的重量增加向下快速流動(dòng)。這就是我們常說(shuō)的礦山泥石流。泥石流的產(chǎn)生需要具備如下幾個(gè)基本條件：其一，產(chǎn)生泥石流的區(qū)域周圍巖土一定是松散不穩(wěn)固的；其二，地形陡峭，溝床較大；其三，產(chǎn)生泥石流的區(qū)域周圍一定存在著較大的水源，明湖或暗河。礦山泥石流通常情況下是以坡面沖刷和滑坡的形式出現(xiàn)，與泥石流一起爆發(fā)。

由此可見(jiàn)，排土場(chǎng)失穩(wěn)造成事故的原因主要有以上三個(gè)方面，如排土場(chǎng)的建設(shè)初期就存在著各種各樣的不規(guī)范的問(wèn)題，排土方式的方式不科學(xué)、排土場(chǎng)的引水設(shè)施不規(guī)范等，就將為未來(lái)排土場(chǎng)失穩(wěn)埋下安全隱患。排土場(chǎng)出現(xiàn)事故帶來(lái)的不僅僅是導(dǎo)致礦山的生產(chǎn)率降低，經(jīng)濟(jì)效益降低，而且更重要的是給礦山工作人員的生命安全帶來(lái)了巨大的隱患。

2 露天礦排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析方法

露天礦排土場(chǎng)滑坡是一個(gè)由勢(shì)能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，再由動(dòng)能轉(zhuǎn)為熱能的過(guò)程，滑動(dòng)的距離與排土場(chǎng)的巖土性、巖土濕潤(rùn)度、基底承載能力、甚至與巖土的粒徑分布和傾斜角都存在著很大的關(guān)系。對(duì)之前國(guó)內(nèi)發(fā)生過(guò)的大規(guī)模排土場(chǎng)滑坡后，巖體滾落距離的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 國(guó)內(nèi)部分較大規(guī)模排土場(chǎng)滑坡移動(dòng)距離實(shí)測(cè)資料表

如表1 所示，體積較大的巖體的滾落的距離是坡體高度的0.5～1.5 倍，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，基底承載能力越弱，排土場(chǎng)發(fā)生滑坡后巖體滾落的距離越遠(yuǎn)。如果是因?yàn)榻涤昊虻乇韰R水導(dǎo)致的排土場(chǎng)基底松軟引發(fā)的排土場(chǎng)失穩(wěn)坍塌，大體積的巖土體塊滾落的距離將會(huì)更遠(yuǎn)。

由上文可知，排土場(chǎng)邊坡滑坡模式主要有三種，排土場(chǎng)內(nèi)部滑坡、沿地基接觸面滑坡和沿排土場(chǎng)地基軟弱層滑坡。當(dāng)我們?cè)趯?duì)排土場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算時(shí)，排土場(chǎng)的實(shí)際情況是必須要考慮的。通常情況下，利用極限平衡法中的Bishop 以及Jaubu 法對(duì)排土場(chǎng)中傾斜角的最大即最陡的坡面進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析。

《有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出，排土場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)KS 取到1.30 比較合適。對(duì)于不同的保護(hù)對(duì)象，KS 也有不同的規(guī)定，排土場(chǎng)邊坡很穩(wěn)定K>1.30；排土場(chǎng)邊坡基本穩(wěn)定，1.20KS<1.30；排土場(chǎng)建設(shè)欠穩(wěn)定，1.10 KS<1.20；穩(wěn)定性差為1.KS<1·10；KS<1 為極不穩(wěn)定。如，若排土場(chǎng)垮塌會(huì)威脅到居住區(qū)居住人民的生命安全時(shí)，KS 應(yīng)當(dāng)以1.30 為準(zhǔn)；若排土場(chǎng)垮塌不至于造成人身事故或可能會(huì)損害經(jīng)濟(jì)效益不高的建筑物時(shí)，KS 以1.20 為準(zhǔn)；若因排土場(chǎng)垮塌給相關(guān)人員只帶來(lái)較低的經(jīng)濟(jì)損失時(shí)，KS 以1.10 為準(zhǔn)。

以廣東某露天鐵礦場(chǎng)為例，由于在建設(shè)之初沒(méi)有遵守相關(guān)建設(shè)條例，對(duì)該排土場(chǎng)后續(xù)幾年的發(fā)展帶來(lái)了一定的阻礙，同時(shí)埋下了一定的安全隱患。經(jīng)過(guò)實(shí)際勘察后發(fā)現(xiàn)，該鐵礦的排土場(chǎng)位于整個(gè)的礦區(qū)的北面，由于建設(shè)初期的不規(guī)范的工程導(dǎo)致的排土場(chǎng)的部分現(xiàn)已經(jīng)與礦區(qū)的臺(tái)階處相連。規(guī)定的排土場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)高度大概在130～220m，對(duì)該排土場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量之后得到的數(shù)據(jù)為90m，該排土場(chǎng)的邊坡的安全等級(jí)為三級(jí)，現(xiàn)已形成10 個(gè)排土臺(tái)階，最大的接近20m，臺(tái)階的坡度角在50°～58°。該排土場(chǎng)附近有一個(gè)排水溝，截水、排水性能較為良好。在對(duì)排土場(chǎng)的邊坡進(jìn)行分析之前，對(duì)排土場(chǎng)的土樣和巖樣進(jìn)行了取樣試驗(yàn)，得出了如表2 的參數(shù)。

表2 排土場(chǎng)堆體巖土的力學(xué)參數(shù)

對(duì)排土場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析的過(guò)程中的首要任務(wù)，是要對(duì)潛在的的可能造成排土場(chǎng)垮塌的破壞模式進(jìn)行的一個(gè)基本的判斷。破壞模式作為一個(gè)基本的對(duì)排土場(chǎng)邊坡進(jìn)行基本判斷的工程巖體力學(xué)行為的概括，是對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算的一個(gè)十分重要的保障。

在對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察之前，選擇堆置高度最高、角度的最大、穩(wěn)定性最低以及存在安全隱患最大的坡面進(jìn)行研究。該區(qū)抗震設(shè)房烈度級(jí)別為四級(jí)，基本地震的加速值為0.05g。如圖1 所示，采用簡(jiǎn)化畢曉普法對(duì)該坡面進(jìn)行分析之發(fā)現(xiàn)，該剖面處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 露天礦排土場(chǎng)穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)機(jī)制

在露天礦排土場(chǎng)的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)排土場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以及在排土工作進(jìn)行的不同階段都對(duì)其及進(jìn)行相應(yīng)的安全評(píng)價(jià)、穩(wěn)定性分析和基本維護(hù)檢測(cè)，是現(xiàn)代企業(yè)安全管理的重要體現(xiàn)和重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國(guó)家對(duì)排土場(chǎng)建設(shè)的相關(guān)規(guī)定與要求可知，每隔三年排土場(chǎng)就需要請(qǐng)相關(guān)人員對(duì)排土場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)測(cè)評(píng)。通過(guò)一定的方法和技術(shù)手段對(duì)排土場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)發(fā)生在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的一些問(wèn)題、生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)的缺陷以及可能造成的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估分析，并有針對(duì)性地提出一些相應(yīng)的整改措施和對(duì)策，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)提供相應(yīng)的依據(jù)。

圖1 排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算剖面

排土場(chǎng)的穩(wěn)定性以國(guó)家和地方的有關(guān)規(guī)定、與項(xiàng)目相關(guān)的有關(guān)資料、重要的相關(guān)技術(shù)規(guī)定為主要的評(píng)價(jià)依據(jù)。評(píng)價(jià)原則以系統(tǒng)論和信息論以及控制論為指導(dǎo)，以系統(tǒng)危險(xiǎn)控制管理方案為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代安全系統(tǒng)的最新技術(shù)和吸收現(xiàn)有安全評(píng)定技術(shù)中的有益成分對(duì)露天礦排土場(chǎng)的各方面可能引發(fā)安全事故進(jìn)行分析和辨別，以基層危險(xiǎn)因子為重點(diǎn)，提出相應(yīng)的解決措施。重點(diǎn)對(duì)國(guó)家法律法規(guī)規(guī)定的相關(guān)技術(shù)規(guī)章和檢查、分析排土場(chǎng)的工作設(shè)備為主，檢查排土場(chǎng)的安全指標(biāo)是否符合我國(guó)的相關(guān)的規(guī)章制度。

排土場(chǎng)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的程序步驟主要有以下幾個(gè)步驟，首先，采礦部門(mén)要向安全管理部門(mén)提出結(jié)合排土場(chǎng)自身的安全評(píng)價(jià)要求；其次，負(fù)責(zé)進(jìn)行測(cè)評(píng)的人員要為風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)人員的檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)勘察做好相應(yīng)的前期準(zhǔn)備、為其提供相關(guān)所需的分析評(píng)價(jià)資料；然后，聘請(qǐng)專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)排土場(chǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，并配合相關(guān)部門(mén)完成評(píng)價(jià)。

關(guān)于排土場(chǎng)有關(guān)評(píng)價(jià)報(bào)告的處理需要在排土場(chǎng)有關(guān)安全評(píng)價(jià)報(bào)告、檢測(cè)報(bào)告以及排土場(chǎng)的穩(wěn)定性分析報(bào)告出來(lái)以后，要及時(shí)向相關(guān)管理排土場(chǎng)有關(guān)部門(mén)進(jìn)行提交和審核，然后出具一份正式的相關(guān)報(bào)告，再由管理部門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的分類、分析、整理和修改，總結(jié)出最終的安全評(píng)價(jià)分析報(bào)告。最后，將最終的排土場(chǎng)的安全評(píng)價(jià)分析報(bào)告提交到省級(jí)安全管理部門(mén)進(jìn)行備案。

3 結(jié)語(yǔ)

露天礦排土場(chǎng)一旦產(chǎn)生滑坡直接影響是沖毀土地、礦山、阻塞河流、損毀工業(yè)廠房等設(shè)施,并有可能產(chǎn)生泥石流,對(duì)下游設(shè)施造成破壞,同時(shí)破壞生態(tài)環(huán)境。露天礦排土場(chǎng)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展的動(dòng)態(tài)加載荷的過(guò)程，相應(yīng)的穩(wěn)定性也由于各種因素再不斷地發(fā)生著變化，相關(guān)部門(mén)應(yīng)定期對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行檢查、維護(hù)，降低排土場(chǎng)的危險(xiǎn)系數(shù)，提高礦山的總體生產(chǎn)效益。