趙 峰

在礦山開采過(guò)程中，對(duì)于產(chǎn)生的固體排棄物在排土場(chǎng)進(jìn)行集中排放，在排土過(guò)程中，平臺(tái)邊緣處形成的人工邊坡，經(jīng)常會(huì)面臨變形或者是裂縫等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)坍塌等現(xiàn)象，如果不及時(shí)采取有效的措施對(duì)變形破壞問(wèn)題進(jìn)行控制，最終將會(huì)顯著降低排土場(chǎng)整體穩(wěn)定性，從而引發(fā)非常嚴(yán)重的邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。針對(duì)這種現(xiàn)象，為了保證排土場(chǎng)穩(wěn)定性可以達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素以及顯著特征等進(jìn)行深入分析，從而制定出有效的防范措施以及生態(tài)修復(fù)措施。

1 工程案例分析

該排土場(chǎng)的位置在采區(qū)的東北方向，基底為自然沖溝，與采場(chǎng)之間的距離比較近，容量約600萬(wàn)m3，滿足外排總量要求。從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，在排土場(chǎng)的邊坡位置出現(xiàn)了底鼓問(wèn)題，該問(wèn)題并沒有對(duì)排土場(chǎng)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生太大的影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查之后，最終判定排土場(chǎng)底鼓問(wèn)題產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：第一，原始地貌被排土場(chǎng)大范圍覆蓋，導(dǎo)致地表徑流較原先發(fā)生了相應(yīng)的變化，又因?yàn)榕艞壩锪媳旧砭途哂蟹浅Ｃ黠@的松散性，這就在很大程度上提升了地下水的滲入總量，同時(shí)地表水凈流量不斷降低，當(dāng)基底土被大量的水浸入之后，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)在加載過(guò)程中不斷發(fā)生改變；第二，當(dāng)排棄強(qiáng)度超出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求之后，就會(huì)導(dǎo)致超孔隙壓力不斷上升，這時(shí)滑坡主動(dòng)體抗剪強(qiáng)度會(huì)受到非常大的影響，從而發(fā)生巨大的變化。

2 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案

通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)資料進(jìn)行收集與整理，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)開展了相應(yīng)的調(diào)研工作，最終對(duì)該排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行明確，主要體現(xiàn)在了臺(tái)階數(shù)量、臺(tái)階高度、修復(fù)荷載、氣象水文、構(gòu)建歷史以及臺(tái)階角度與寬度等幾個(gè)方面。另外，嚴(yán)格按照排土場(chǎng)排土設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)內(nèi)容與要求，對(duì)比較典型的案例進(jìn)行了深入探究，同時(shí)對(duì)該排土場(chǎng)范圍內(nèi)地質(zhì)條件以及水文特點(diǎn)等進(jìn)行全面勘察，從而獲取到了較為完整的資料。

通過(guò)資料分析之后，對(duì)影響因素取值進(jìn)行明確。在以上工作全部完成之后，開展了對(duì)正交試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)工作，具體如下表1所示。

表1 正交試驗(yàn)方案

結(jié)合上表1中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了3水平與7因素正交試驗(yàn)，數(shù)值模擬試驗(yàn)一共達(dá)到了18組。臺(tái)階的數(shù)量分別為4階、6階、8階，臺(tái)階的高度分別為15m、20m以及25m，關(guān)于修復(fù)荷載主要體現(xiàn)在了無(wú)面荷載、純表土面荷載以及混合土面荷載等幾個(gè)方面。基于該排土場(chǎng)水文條件角度上進(jìn)行分析，分別是由不同含水率的巖土參數(shù)特征進(jìn)行替代，最終構(gòu)建形成了新建排土場(chǎng)、二次使用排土場(chǎng)以及停用排土場(chǎng)等幾個(gè)方面，臺(tái)階的高度分別為25、30以及35mm，臺(tái)階的角度分別為30°、34°以及38°。

3 排土場(chǎng)理想模型構(gòu)建

在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，主要是將排土場(chǎng)計(jì)算機(jī)的輔助作用充分發(fā)揮出來(lái)，在此基礎(chǔ)上完成對(duì)圖形文件的設(shè)計(jì)工作，從中提取具有代表性的變形區(qū)域研究范圍，從而對(duì)排土場(chǎng)等高線模型進(jìn)行優(yōu)化，將二維線型模型轉(zhuǎn)變?yōu)閹в懈叱烫攸c(diǎn)的三維曲線。在對(duì)有限元軟件ANSYS以及邁達(dá)斯充分利用的基礎(chǔ)上，完成對(duì)模型的分層以及剖分等操作，在此基礎(chǔ)上對(duì)排土場(chǎng)三維體制模型進(jìn)行有效構(gòu)建。

通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性特征進(jìn)行充分調(diào)查與研究，然后使用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，對(duì)排土場(chǎng)真三維地質(zhì)模型確定相應(yīng)的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)完成相應(yīng)的模擬操作，從而可以將排土場(chǎng)巖土體參數(shù)充分體現(xiàn)出來(lái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)排土場(chǎng)真三維地質(zhì)模型剪切應(yīng)變?cè)隽繄D進(jìn)行準(zhǔn)確繪制。

通過(guò)系統(tǒng)的分析與研究之后，在對(duì)排土場(chǎng)數(shù)值模型變化特征全面了解的基礎(chǔ)上，選擇真三維地質(zhì)模型中比較危險(xiǎn)的截面，或者是具有代表變形特征的截面，從而可以為后期排土場(chǎng)理想模型分析提供非常重要的參考依據(jù)，最終完成對(duì)排土場(chǎng)邊坡理想坡形網(wǎng)格的構(gòu)建工作。在對(duì)網(wǎng)格巖土體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行明確時(shí)，主要是嚴(yán)格按照規(guī)范中的相關(guān)要求以及真三維地質(zhì)模型時(shí)反映出的巖土物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，其中，關(guān)于規(guī)范要求主要體現(xiàn)在了冶金排土場(chǎng)、金屬礦山排土場(chǎng)以及生產(chǎn)安全經(jīng)驗(yàn)等內(nèi)容。關(guān)于網(wǎng)格巖土體物理力學(xué)參數(shù)，其設(shè)置情況主要體現(xiàn)在了以下幾個(gè)方面：第一，排土場(chǎng)數(shù)值模擬模型巖土層物理力學(xué)參數(shù)取值，具體如下表2、表3。結(jié)合下表2中的內(nèi)容進(jìn)行分析，基于天然條件下，反映出了排土場(chǎng)數(shù)值模擬模型巖土層物理力學(xué)參數(shù)，下表3是在小雨條件下，反映出的排土場(chǎng)數(shù)值模擬模型巖土層物理力學(xué)參數(shù)。

表2 排土場(chǎng)數(shù)值模擬模型巖土層物理力學(xué)參數(shù)（天然工況條件）

表3 排土場(chǎng)數(shù)值模擬模型巖土層物理力學(xué)參數(shù)（小雨工況條件）

4 排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素顯著性分析

結(jié)合上文中所構(gòu)建的正交試驗(yàn)方案以及設(shè)計(jì)的排土場(chǎng)理想模型進(jìn)行分析，在對(duì)FLAC3D法應(yīng)用的基礎(chǔ)上，完成對(duì)18組試驗(yàn)的數(shù)值模擬工作，最終計(jì)算出了各個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ退芊从吵龅陌踩禂?shù)，為了方便工作人員對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素顯著特征進(jìn)行全面了解，需要結(jié)合最終的模擬結(jié)果，開展相應(yīng)的方差分析工作。

通過(guò)對(duì)Mat數(shù)值模擬統(tǒng)計(jì)軟件的充分利用，在此基礎(chǔ)上對(duì)排土場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果完成相應(yīng)的方差分析工作，結(jié)合最終的方差分析結(jié)果來(lái)看，對(duì)參數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確選擇，從而完成各影響因素顯著性特征的評(píng)價(jià)工作，結(jié)合最終的方差分析結(jié)果進(jìn)行分析，其中對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響非常明顯的因素主要有臺(tái)階數(shù)量、臺(tái)階高度、氣象水文與臺(tái)階角度等，比較明顯的影響因素體現(xiàn)為臺(tái)階寬度。

結(jié)合以上內(nèi)容進(jìn)行分析，臺(tái)階數(shù)量、臺(tái)階高度、氣象水文以及臺(tái)階角度等對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響比較大。

5 排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素

5.1 選址

為了保證排土場(chǎng)滿足一定的穩(wěn)定性，那么在前期選址時(shí)就需要對(duì)該問(wèn)題引起高度重視，并將相應(yīng)的論證以及對(duì)比等工作進(jìn)行全面落實(shí)。在選址過(guò)程中，對(duì)于相關(guān)的工作人員而言，需要將重點(diǎn)放在地形、地基以及水文條件等多個(gè)方面，只有保證各方面條件滿足基本要求的情況下，才能開展專業(yè)的研究工作。

5.1.1 自然地理、基地巖層埋藏特點(diǎn)

通常情況下，在排土場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)包含了非常多的自然地理因素，比如，排土場(chǎng)的基底地形或者是地表水流，同時(shí)還涉及到了大氣排水等。結(jié)合排土場(chǎng)基底實(shí)際的傾斜狀況，也可以劃分為不同的類型，關(guān)于排土場(chǎng)基底面傾斜問(wèn)題，如果傾斜的具體方位與排棄物傾斜的方位不一致時(shí)，在這種情況下，邊坡可以達(dá)到非常好的穩(wěn)定效果。

5.1.2 水文地質(zhì)因素

通常情況下，對(duì)于基底土巖而言，如果其中含有一定的水分時(shí)，那么在毛細(xì)管水不斷提升的基礎(chǔ)上，排棄物的下端位置也會(huì)因此受到一定的影響，主要是會(huì)被水資源進(jìn)行侵蝕，在濕度不斷增加的基礎(chǔ)上，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度不斷降低。在對(duì)排棄物進(jìn)行排放的過(guò)程中，當(dāng)高度達(dá)到一定的高度以后，那么在排棄物的下部位置會(huì)發(fā)生一定的變化，也就是會(huì)出現(xiàn)壓密狀態(tài)。主要是因?yàn)槭艿娇諝馀c水的影響，在排棄物的內(nèi)部，會(huì)逐漸出現(xiàn)孔隙水壓力，那么在下端的水資源會(huì)不斷下滲，那么在此基礎(chǔ)上，排土場(chǎng)的內(nèi)部會(huì)逐漸出現(xiàn)含水帶。對(duì)于含水帶而言，如果是沒有對(duì)其進(jìn)行壓密處理時(shí)，孔隙是在水的填充狀態(tài)下形成的，并且在該含水帶中容易形成相應(yīng)的滑動(dòng)面。如果是在排土場(chǎng)透水性比較好的情況下，當(dāng)補(bǔ)給的水比較多時(shí)，可以在內(nèi)部形成相應(yīng)的滲流，從而引出孔隙水壓力。在土層或者是軟巖基底含有較高的水時(shí)，排棄物堆放到一定的高度之后，也會(huì)形成孔隙水壓力，這時(shí)就會(huì)對(duì)土巖的抗剪性能產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。當(dāng)基底內(nèi)含水層與排棄物逐漸被分離時(shí)，在承壓孔隙水的壓力影響下，含水層的抗剪性能將會(huì)降低。針對(duì)這種情況，需要對(duì)排土場(chǎng)的含水情況進(jìn)行充分考慮，在這其中不但涉及到了原剝落土巖的含水情況、排土場(chǎng)地形以及大氣降水情況，同時(shí)還包括排土場(chǎng)基底含水情況。

5.2 開采工藝因素

開采工藝與最終排土場(chǎng)穩(wěn)定性之間都有著非常密切的聯(lián)系。在實(shí)際的開采工作中，當(dāng)采取不一樣的開采技術(shù)與流程時(shí)，在開采現(xiàn)場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生不同的排棄物分層，因?yàn)槭艿娇辜魪?qiáng)度不均衡的影響，排土場(chǎng)穩(wěn)定性也會(huì)體現(xiàn)出一定程度的差異。因此需要對(duì)整個(gè)開采過(guò)程開展嚴(yán)格的設(shè)計(jì)工作，保證開采方案一定的合理性，巖石透水性比較好的情況下，有利于更大程度上提升排土場(chǎng)穩(wěn)定性。排棄物排放時(shí)，通常會(huì)按照排土臺(tái)階的具體情況，排棄物塊度以自然的形式進(jìn)行分布，塊度比較大的會(huì)直接落在臺(tái)階的下邊，粘土中含水量比較大，通常會(huì)滑落到排土臺(tái)階的下部，因?yàn)樯巴寥菀壮霈F(xiàn)粉碎現(xiàn)象，所以經(jīng)常會(huì)停留在排土場(chǎng)的邊坡或者是上部，當(dāng)出現(xiàn)這一現(xiàn)象時(shí)，那么軟弱層的透水性也會(huì)因此降低，進(jìn)而后期可能會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)面的問(wèn)題。在具體的排土過(guò)程中，當(dāng)使用挖掘機(jī)開展工作，或者是卸載的實(shí)際高度比較大的情況下，那么塊度比較大的可能就會(huì)落在松散的小塊土巖中。按分布形式進(jìn)行分析，排土臺(tái)階中塊度分布具有非常明顯的差異會(huì)對(duì)最終的固結(jié)效果產(chǎn)生影響，最終影響到排土場(chǎng)穩(wěn)定性。

6 解決對(duì)策

6.1 疏干排水

通常情況下，在對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)排土場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件以及降雨情況等進(jìn)行全面了解，在此基礎(chǔ)選擇有效的措施來(lái)開展疏干排水等操作，從而保證基底與排棄物料強(qiáng)度不會(huì)因?yàn)榻艿接绊?。在具體的操作過(guò)程中，首先地下水為浸水水源時(shí)，需要采取疏干導(dǎo)流的方法來(lái)進(jìn)行。并且完成對(duì)排水盲溝的設(shè)計(jì)與開挖工作，依據(jù)水文資質(zhì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出合理地?cái)嗝?，采用硬度比較高的大石塊進(jìn)行填充，并采用土工布包裹盲溝，從而可以將地下水直接引排到排土場(chǎng)外。其次，當(dāng)?shù)乇硭疄榻磿r(shí)，在雨水逕流的情況下，會(huì)對(duì)坡腳與坡腳物料產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，而浸水之后其強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象的產(chǎn)生。根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀髼l件，如降雨量較大，在臺(tái)階坡腳設(shè)置排水構(gòu)筑物實(shí)施雨水有組織排放，減少坡腳沖刷。同時(shí)在排土場(chǎng)的境界外圈設(shè)置截水溝，減少排土場(chǎng)外地表水對(duì)排土場(chǎng)沖刷。

6.2 清除基底弱層，底層排棄大塊巖

如果基底屬于腐植土、淤泥或者是其他弱層的情況下，那么在排土場(chǎng)建設(shè)過(guò)程開展中，一定要做好相應(yīng)的清除工作，同時(shí)也需要避免雨后排土，避免強(qiáng)度快速下降的剝離表土與軟巖排棄在下層。在對(duì)排棄計(jì)劃平衡表進(jìn)行制定的過(guò)程中，需要將硬度較強(qiáng)的大塊巖石排棄在底層，這種方式有助于在一定程度上提升排棄物與基底之間的摩擦力及透水性，從而提升排土場(chǎng)穩(wěn)定性。

6.3 對(duì)排土臺(tái)階高度進(jìn)行確定

在排土臺(tái)階高度超出一定的值的情況下，很有可能會(huì)導(dǎo)致失穩(wěn)問(wèn)題的產(chǎn)生，這會(huì)對(duì)人身安全以及設(shè)備安全帶來(lái)威脅。因此，在確定排土臺(tái)階高度進(jìn)行時(shí)，不但要對(duì)排土線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行充分考慮，還要對(duì)穩(wěn)定性與安全性進(jìn)行深入分析，確定合理地臺(tái)階高度。

6.4 以排土場(chǎng)穩(wěn)定為前提，完成排棄計(jì)劃的編制工作

如果是在剝落中土巖可以分開的情況下，需要在下部排棄巖石，上部進(jìn)行排土。但是，因?yàn)樵趧冸x前期大部分都屬于表土或者是其他地表風(fēng)化物料，為了能提升排土場(chǎng)穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)置排土場(chǎng)下游堆石區(qū)或堆石棱體增強(qiáng)坡腳穩(wěn)定性。

6.5 加強(qiáng)生產(chǎn)管理工作

在排土場(chǎng)堆置過(guò)程中，嚴(yán)格按照排土場(chǎng)失穩(wěn)基本規(guī)律，在對(duì)巖土特點(diǎn)、排棄方式、設(shè)備類型以及降雨情況全面了解的基礎(chǔ)上，開展相應(yīng)的生產(chǎn)管理工作，并保證管理方法滿足一定的科學(xué)性。對(duì)于排土場(chǎng)與各個(gè)排土臺(tái)階，需要對(duì)不穩(wěn)定方向進(jìn)行實(shí)時(shí)關(guān)注及檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)排土線路以及作業(yè)范圍等進(jìn)行合理調(diào)整。在排土場(chǎng)堆置工作結(jié)束之后，需要對(duì)復(fù)墾工作引起高度重視。通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行復(fù)墾，可以保證被占用或者是被破壞的土地資源再次利用，這不但能對(duì)排土場(chǎng)生態(tài)安全起到非常重要的保護(hù)作用，同時(shí)還能有效避免水土流失以及泥石流等問(wèn)題的產(chǎn)生。

7 結(jié)語(yǔ)

排土場(chǎng)穩(wěn)定性是礦山企業(yè)的重要的安全管理工作，應(yīng)予以高度重視。設(shè)計(jì)單位以及礦山企業(yè)一定要結(jié)合礦山區(qū)域地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象條件、采掘工藝等條件，對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素顯著性分析研究工作，進(jìn)行排土場(chǎng)的設(shè)計(jì)、施工及生產(chǎn)管理，保證排土場(chǎng)安全運(yùn)行。