沿山谷堆置的排土场生产要素及稳定性分析

潘 涛，罗亚军

(贵州久联民爆器材发展股份有限公司, 贵州 贵阳 550002)

从排土场的稳定性考虑，排土场场址宜选择在水文地质条件相对简单，原地形坡度相对平缓的沟谷，但是，如果排土场上部汇水面积大、纵坡陡，则极易诱发泥石流。内蒙古自治区武川县某矿区水泥用大理岩排土场选址位于一条沟谷中，有效容积1420万方，满足矿山10年排土需求。该沟谷位于矿区东北方向约500 m，地形平缓，水文地质简单，平均自然坡度10°。根据当地提供的水文气象报告，区域地表无径流，但暴雨后常有短期洪流。该沟谷西侧另有一条山沟，可将短期洪流引入此山沟流出区外。排土场上部修筑截水沟，顶部平台由中间向两侧留2%的逆坡，中间修筑排洪沟，将雨水引出场外，避免大量降水汇集，确保排水通畅，预防灾害发生。

1 排土场堆置要素确定

排土场地表被第四系黄土覆盖,当地质不良时，基底承载力不足，排土场容易产生变形破坏而影响安全，所以采用推土机将原坡推成台阶状，以增加基岩稳定性。根据覆盖层厚度和地形坡度，台阶高度以5 m为宜，保持山体原有坡度。

从采场至排土场运距较短，汽车机动灵活，基建投资少，投产快，且维护方便，因此排土场采用汽车运输、推土机排土工艺。参照工程案例及《有色金属矿山排土场设计规范》，排土场由低到高分层堆排，阶段高15 m，台阶数9，总堆置高度135 m，第一台阶坡度20°，其余台阶坡面角30°，边坡角18°。最终平台宽度18 m。

根据《有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)》，排土场安全防护距离为最大堆置高度的0.75倍，即排土场的安全防护距离为102 m。废石最大滚落距离为14～16 m，现场设置安全防护距离为150 m，满足安全要求。

2 坡脚防护及拦碴工程

为防止滚石对山沟下方造成危害，在底部台阶坡脚处设置拦石堤(见图1)。拦石堤采用当地土石筑成，梯形结构，内外边坡比均为1∶1.73，堤顶高出撞点安全高度1 m。初期拦石堤高8 m，堤顶宽4 m，基础深1 m。

图1 坡脚防护及拦碴工程

《规范》规定，土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边坡，宜采用瑞典圆弧滑动法验算。采用土河海大学土石坝稳定性分析软件HH-SLOPE进行边坡稳定性分析(见图2)，参数的选取见表1。边坡稳定性系数可按下式计算[4]：

式中：Fs—边坡稳定性系数；

Ri—第i计算条块滑动面上的抗滑力，kN/m；

Ti—第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力，kN/m。

整个排土场安全系数Fs=1.2858>1.2，满足要求。

表1 岩土体计算参数的选取

图2 排土场结构及稳定性分析

3 防排水系统布置

3.1 截水沟布置

排土场上部修筑截水沟，每个平台由中间向两侧留2%的逆坡，中间修筑排洪沟，使雨水集中排泄。

3.2 截水沟断面尺寸

排土场汇水面积由排土场上部地形较高处和山脊处起算，汇水面积约为4000 m2。矿区最大降雨量按照最大日降水量计算，根据地质报告取60.1 mm/d，暴雨持续时间按照3 h计算。

(1) 计算暴雨径流量Q：

Q=FHpΨ

式中:F—汇水面积，m2；

Hp—设计区域日最大降雨量，m；

Ψ—地表径流系数，本设计取0.8；

经计算，暴雨径流量Q=192 m3/d。

(2) 流水横断面面积ω：

ω=Q/v

式中:Q—流量，m3/s；

v—平均流速，m/s，不应大于允许冲刷流速，查表《水利水电工程地质手册》基坑冲刷土质渠道不冲刷流速，取v=1 m/s；

经计算，ω<0.01 m2。

(3) 截水沟断面为梯形断面，上下底宽分别为2.5 m和0.5 m，深1.0 m，断面积为1.5 m，可满足矿区排水要求(见图3)。

(4) 截水沟采用C15混凝土砌筑，部分地段坡度较大，需要采取人工加粗或底流消能措施。

(5) 为避免水沟淤塞和冲刷，应定期对修建的截水沟进行修缮和清理，其最小允许半径一般不应小于沟内水面宽度的5倍，有加固措施时，不应小于宽度的2.5倍。

(6) 本截水沟纵坡不应小于0.2%。

图3 截水沟

4 监测点布置

排土场生产后期，在排土场坡顶和台阶处设置位移观测桩，在两侧山梁上设置坝体位移观测基站，采用视准线法对坝体进行水平位移观测；采用水准测量方法进行坝沉降观测。初期每月进行一次，当坝的变形趋于稳定时，可逐步减为每季一次，汛期增加观测次数。

基准点的布设以便于测定工作基点和监测点为原则，布置在监测区范围外稳定地段。现场可根据实际情况适当增减基准点。

工作基点高程尽可能接近监测点的高程，且便于观察监测点。

5 结 论

(1) 对于土质山坡，用推土机将原坡推成台阶状，以改善排土场基底状况；

(2) 沿山谷堆置的排土场，当堆置高度达135 m时，总边坡角18°，平台宽度18 m，经HH-SLOPE软件分析，排土场安全系数满足要求。

(3) 采用适宜的坡脚防护及拦碴工程，可确保排土场安全可靠。

参考文献：

[1]赵鸣展,马萃林,杨宝慧.排土场边坡稳定性研究与安全分析[J].现代矿业,2010(7):64-66.

[2]陈祖煜.土质边坡稳定分析[M].北京:中国水利水电出版社，2003..

[3]汪海滨,李小春,等.排土场空间效应及其稳定性评价方法研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(10):2103-2111.

[4]郭 成,马萃林.露天矿排土场堆置要素的优化[J].金属矿山,2011(1):42-44.

[5]王 君. 某露天煤矿排土场边坡稳定性研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2012..