金属非金属露天矿山排土场设计与施工

刘宝仓

摘 要 根据现场实践，介绍排土场选址、方案工艺、设计参数以及排土场安全环保管理等一系列内容。

关键词 排土场 性质 方案 管理

中图分类号：TD21 文献标识码：A

金属非金属露天矿山排土场设计施工，必须遵循《金属非金属矿山排土场安全生产规则》（AQ 2005-2005）的要求，其宗旨是为了贯彻国家技术经济政策，达到安全堆存矿山剥离物和保护环境的要求，所以必须对矿山排土场按规范设计、施工和管理，根据多年的设计经验和现场实际，现就具体实施情况进行阐述。

1 排土场选址与排土性质、排土量相配合

排土场所选址的地形地貌、区域地质构造情况，周围山坡形狀及植被较发育情况，场区内地质岩层岩体的组成，主要岩性地应力反应，是否有山体崩塌、滑坡或泥石流等不良地质作用存在。另外，根据区域地质构造资料分析，结合排土性质和排土量，分析排土场所在场地是否稳定。同时，结合矿山采场与排土场的距离，矿山采取的采剥方法，矿山年平均剥离量，围岩散体重量及年剥离体积量，排土场现状，拟建排土场下游边缘距离居民、选厂和运输公路距离，论证排土选址的适宜性。排土场位置选定后，应进行专门的工程、水文地质勘探，进行地形测绘，并分析确定排土参数。

2 主要设计方案

主要设计方案贯穿于整个项目之中，涵盖的内容很多。主要设计内容内容包括：排土场总体布置、排土场建设、排土工艺、排土设备及排土场安全设施建设等。

（1）主要设计参数确定：如排土场的阶段高度、总堆置高度、安全平台宽度、总边坡角、相邻阶段同时作业的超前堆置高度等，必须满足安全生产的要求在设计中明确规定。

（2）排土场位置：应靠近采场，尽可能利用荒山、沟谷和贫瘠荒地，以不占用或少占用耕地的原则，但要避免在远期开采境界内将来二次倒运废石，应选择基地岩层工程地质较好和水文地质较好的地点，应建设在汇水面积不大，出口易拦截的沟谷中，但不宜建在工业厂房和其他建筑及交通干线的上方，排土场的建设和规划应结合排土场结束或排土其间的复垦计划统一安排。

（3）服务年限、级别：根据矿山年平均剥离量约（万吨），排土场总堆置高度（米），总容量（万立方米）等确定排土场服务年限和排土场等级，按级别对安全设施及建筑物进行标准设计施工。

（4）排土工艺：排土场堆置顺序，排土场总设置高度确定后，为保证排土作业安全，提高排土碾压效果，增加堆积稳定性，根据地形地貌易于公路建设的特点，确定采用堆置方式，自下分层向上分层依次堆置，为保证排土安全，台阶之间不同时堆置，待下分层台阶堆置至终了边缘后，开始上分层堆置。

（5）排土作业：依据露天采场剥离排弃的岩土性质及块度等具体情况，结合该排土场作业方式，设计一般采用汽车—装载机联合排土工艺作业，该工艺机动灵活，可根据地形变化，随时调整进场公路布置，适用地形条件变化较大的排土场。在排土场排土空间受到限制时，可采取阶段顶部平台卸载，利用装载机铲运至排土坡面，所需的作业空间小，排土初期平台建设工程量小，投产快，容易维护，工艺和排土场技术管理简单。

（6）排土设备：多数选择装载机和自卸车运输，但要注意节能和环保要求，尽量选择采用功率适合、油耗低，带有废气净化和涡轮增压等先进的液压传动和操作，结构先进合理，操纵轻便灵活，质量可靠的设备，并不断探索采用新型运输设备。

（7）排土场运输道路：排土场初始路堤的修筑是形成排土线的基础，根据排土场位置、地形、排土方式，确定运输公路采取山坡形或平地形修筑。根据《厂矿道路设计规范》结合矿山实际，确定运输公路技术参数，路面结构。根据路基情况确定，进入排土阶段的公路，当排土线向前（外）推进时可采用新排弃的岩石填筑排土场初始路堤，并使其达到稳定状态形成阶段初始道路，长度及宽度应满足卸载和装载机作业需求，采用前进式方法进行排土作业。

3 排土场安全设施

排土场安全设施主要是防洪，根据设计等级和相关规程规范规定，确定防洪标准多少年一遇，如果排土场下游存在需要保护的居民点和公路，要提高防洪标准等级。

根据工程勘查，掌握钻孔存在地下水情况，采取沟谷底部铺设大块作为排渗层的措施。排土最终境界坡面汇水，通过台阶排水沟排出，直接引入境界外或侧翼截洪沟内排出；截洪沟、台阶排水沟结构，为防止降水形成径流冲刷终了坡面，于台阶坡面底线布置排水沟，排水沟断面必须完全满足排水要求；截洪沟断面结构，对可进入排土境界的汇水，采取截洪明沟进行引流至外侧沟谷，根据工程勘测图和实地考察，两处汇水面积情况，考虑其汇水面积较小，为便于施工，设计采用明沟排水，可以满足排水、排洪要求，截洪沟、台阶排水沟施工。（1）基础开挖；（2）碎石垫层；（3）浆砌石施工。

排渗系统，由于矿山剥离物主要为边帮围岩，排土场整体渗透性较强，为降低初期投入，又能起到抗滑增强排土场基底稳定性的作用。排弃的大块废石选自矿山剥岩中的大块废石，平均块度要求不小于300mm，排弃厚度3～5m，排弃大块前，应清理底部杂物及浮土，铺设物于基底均匀分布。

干砌石挡土墙：在排土场的下游终了境界坡底设置挡土墙，挡土墙采用干砌石结构，即有利于排水，也有利于抗滑。基底及两侧肩坡清理至稳定基岩，根据排土场的容量及堆置高度设计挡土墙标高及内外坡比和坝顶宽度；

淤泥拦挡坝：为防止淤泥下泄，与终了境界坡底设置挡土墙下游一定的距离处，设置淤泥拦挡坝，拦挡坝采用浆砌石结构，为重力抗滑式拦挡坝。该距离主要作为排土场排渗淤泥和大块废石滚落的安全保护带而留设。坝基上游设干砌石齿墙，下游设混凝土铺垫截水层，当有渗透水时，必须引流排除，以免基础在砂浆初凝前遭水侵害。

4 排土场监测

排土场生产后期，在排土堆置坡顶和排土台阶设置位移观测桩，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观测；采用水准测量方法进行坝体沉降观测。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；基底孔隙水压力监测，在基底预先安装水压计，对排土场及基底孔隙水压力进行观测。通过该方法可以预测基底承载能力和稳定状态；为排土场的稳定性分析提供依据。排土场稳定影响因素：

（1）排土场的沉降变形：排土场堆置岩土经长期作业基本压实，沉降速度缓慢。随着堆置年限和高度的增加、内部水分的渗出及堆置岩土的固结，孔隙压力逐渐扩散和消失，排土场沉降逐渐减弱和稳定下来；综合我国排土场生产情况，一般沉降系数变化于1.1～1.2之间作为基础数据。

（2）排土场滑坡：出现滑坡的形势主要为堆置岩土自身滑坡，主要是排土场下游边缘，排土堆置高度过大、局部边坡角度过陡、排土场出现的孔隙压力的不平衡，有可能导致滑坡；

（3）泥石流：形成的基本条件：1）区域含有丰富的松散岩土。2）山坡地形较陡和较大的沟床纵坡。3）区域上中游有较大的汇水面积和充足的水源。

（4）排土场边坡稳定性分析：排土场基底承载能力及台阶极限高度，排土场最大堆置高度，是根据排土场在排土初期基底压实到最大的承载能力时，排土场的允许堆置高度；和在基底处于极限状态，失去承载能力，产生塑性变形和移动时，排土场的极限高度测算确定的。最大堆置高度和分层台阶高度均根据基底稳定性，排弃岩土性质等，经测算后，在安全值范围内确定，排土场最大高度和分层堆置高度能够保证排土场允许安全。

5 环境保护

矿山排土堆放对环境具有一定的的影响，主要污染是固体废物、废气、废水、噪声，采取相应的的环境保护措施，予以达标。充分认识绿化的重要性及对水土保持的作用，利用植物的净化功能，达到吸尘、减噪、净化空气。

加强环境监测，配备专业人员，负责环保管理、地表沉降观测、防尘管理及其他灾害的监测工作，必要时可请当地环境监测部门配合，发现问题及时采取措施。

6 排土场复垦

确定合理的复垦方案，因地制宜，宜农则农宜林则林，条件允许时，应优先考虑为耕地或农用地；坚持经济效益、生态效益和社会效益相统一，适应当地的自然条件和立体条件。排土场复垦应贯穿矿山开发的全过程，并应充分利用采矿设备，进行采矿、排土、复垦一体化。

7 排土场安全

7.1 从设计角度采取安全措施

（1）保证排土过程中不致因滚石、滑坡、塌方等威胁采矿场、工业场地、居民点、铁路、道路、电网和通讯、耕种、水域、隧道涵洞、旅游景区、固定标志及永久性建筑等造成不安全。

（2）严禁在排土场作业区或排土场边坡面捡矿石和其他石材。未经设计或技术论证，任何单位不应在排土场内回采低品位矿石和石材。

（3）高台阶排土场，设专人负责观测和管理，发现危险征兆，应采取有效措施及时处理，汽车排土作业时由专人指挥；非作业人员不应进入排土作业区。进入作业区内的工作人员、车辆、工程机械，应服从统一指挥。

（4）排土场平台设置反坡和挡车设施。

7.2 从管理角度采取安全措施

企业主要负责人是排土场安全生产第一责任人，指定或设立相应的机构负责实施本规则有关排土场安全规定的各项要求，配备与实际工作相适应的专业技术人员或有实际工作能力的人员负责排土场的安全管理工作，保证安全生产所需经费。

建立健全适合本单位排土场实际情况的规章制度，包括：排土场安全目标管理制度；排土场安全生产责任制度；排土场安全生产检查制度；排土场安全技术措施实施计划；排土场安全操作以及有关安全培训、教育制度和安全评价制度。

8 结语

金属非金属露天矿山排土场设计与施工是一项艰巨而又复杂的过程，看似简单实际运行复杂，需要从眼前和长远利益出发，加强管理，严格按照有关法律法规、规范标准执行，杜绝排土场滑坡、泥石流等事故的发生，确保排土场运行安全。

参考文献

[1] AQ 2005-2005 金属非金属矿山排土场安全生产规则[S].

[2] 有色金屬矿山排土场设计规范[S].

[3] 王运敏，项宏海.排土场稳定性及灾害防治[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[4] 孙世国，杨宏.典型排土场边坡稳定性控制技术[M].北京：冶金工业出版社，2011.