齐大山铁矿排土场增高扩容稳定性分析

李传林 王永增 王 瑞

(鞍钢矿业集团齐大山铁矿，辽宁 鞍山 114043)

齐大山铁矿排土场增高扩容稳定性分析

李传林 王永增 王 瑞

(鞍钢矿业集团齐大山铁矿，辽宁 鞍山 114043)

由于露天矿开采量的增大和土地资源的紧缺，迫使企业在老排土场上进行增高扩容，由此引起的安全问题日益突出。以齐大山铁矿某排土场为例，分析验算该排土场增高扩容方案的可行性。通过室内实验取得的边坡散体力学参数，根据工程地质勘察成果建立排土场边坡模型，利用极限平衡法计算排土场分别坐落于基岩、黏土层之上，边坡体内无地下水，低水位、高水位情况下的边坡安全系数，获得了地下水对于排土场边坡安全的影响规律；尤其是当排土场坐落于黏土层之上时，边坡安全系数随着地下水位的不断升高而迅速降低，严重影响边坡安全。由排土场180～230 m不同高度的边坡稳定性分析可知，在180～220 m，排土场安全稳定性系数由1.122降到1.116；而在230 m，安全系数则增长到1.142。所获边坡稳定性随地下水位和边坡高度的变化规律为边坡安全性评价及整治方案确定提供了有力依据。

排土场 边坡 地下水 高度 稳定性分析

目前，随着人们对资源需求的增大，促使我国矿业生产速度不断加快，造成了排土场面积正在以每年340 km2的速度迅速增长，然而企业面临着征地难度大、搬迁费高等因素，为了满足生产要求不得不进行排土场增高扩容[1]。由于排土场为废弃散体岩石堆积而成，随着高度的增高，其发生各种地质灾害的可能性逐渐增大，因此，保证排土场的稳定性对排土工程安全与矿山生产顺利进行具有重要的意义[2-3]。目前国内外对这种松散体堆积而成的排土场边坡稳定性研究，多采用极限平衡等常用的边坡稳定性分析方法[4-6]，结合排土场散体物理力学及排土工艺研究，系统地开展排土场边坡稳定性分析[7-8]。本研究以齐大山铁矿某排土场为例，主要分析水文地质条件及排土场边坡高度等因素对排土场稳定性的影响，对增高扩容方案进行合理性评价，为确定排土场边坡整治方案提供有力依据。

1 工程概况

鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山铁选厂位于鞍山市千山区齐大山镇桃园村内，该选矿厂胶带机排土场位于该厂露天采坑东边、风水沟尾矿库北面。排土场所在地区地貌类型属低山丘陵地貌，区内人工活动强烈，形成废矿石堆积、矿石采挖等人工地貌。本场地地下水类型为第四系孔隙潜水，地下水补给来源为大气降水，排泄方式为大气蒸发及植物蒸腾作用。该排土场于2004年用扩帮排岩形成100 m和140 m 2个台阶，胶带机排岩形成200 m台阶，上排形成213 m平台；近年来用扩帮排岩在213 m平台上又加高至230 m，而排土场设计标高为206 m，现已大大超过设计标高，故需要对该排土场进行稳定性评价。

2 排土场稳定性分析

主要通过对排土场不同空间位置上的试样进行室内试验分析，获得稳定性计算所需的力学参数，根据现场地质勘查结果建立排土场边坡模型，利用极限平衡法中对各工况进行稳定性计算分析，以下主要通过水文地质条件和排土堆置高度2个因素对矿山排土场稳定状态进行分析。

2.1 水文地质条件对排土场稳定性影响

降雨和地表水对于排土场稳定性影响很大，有时起着决定性的作用，据调查资料，矿山因水文条件而造成排土场滑坡示例约占总数的50%。这说明了排土场物料中含水量高，或受水的浸润大大降低了其力学性质和稳定性。

地下水存在于排土场与基岩面处，低水位、高水位情况下，排土场分别坐落于基岩、黏土层上时，排土场边坡整体安全系数分布情况、滑动面位置如图1、图2所示。

图1 排土场坐落于基岩上稳定性分析

图2 排土场坐落于黏土层上稳定性分析

通过以上边坡稳定性分析可知，地下水对于排土场边坡存在一定影响，特别是排土场坐落于黏土层之上时，整体安全系数迅速降低，严重影响边坡安全。

2.2 排土堆置高度对排土场稳定性影响

排土堆置高度对于排土场稳定性的影响同样是不可忽视的因素，排土场高度及物料的压实程度不一样，排土线延伸速度也不同。图3是当排土场堆置高度不同时，计算得出的各个高度情况下的边坡安全系数分布情况。

由排土场高度为180～230 m时的边坡稳定性分析可知，在180～220 m，排土场安全稳定性系数由1.122降到1.116，而在220～230 m，边坡安全系数则增长到1.142。由此可知，随着排土场在一段时间的沉降固结，其边坡散体颗粒的抗剪强度有所增加，导致了排土场的稳定性增加。

3 结 论

(1)从排土场稳定性机理以及泥石流的形成过程来看，水的作用主要表现在对固体物质的浸润作用和冲蚀携带作用。地下水存在于排土场，当排土场坐落于基岩层之上时，边坡安全系数变化不大，而当排土场坐落于黏土层之上时，排土场边坡整体安全系数迅速降低，这时地下水对边坡的安全稳定影响较大，这主要是地表水浸润到排土场底部与地基的接触带，并降低其抗剪强度而形成了软弱带造成的。因此，地下水作用会降低排土场的稳定性，如果排水不畅而导致排土场全饱和，则排土场可能会发生滑坡。

图3 不同堆置高度条件下排土场稳定性分析

(2)排土场高度180～220 m时，排土场稳定性随着高度的增加而逐渐减小，而在220～230 m则是一个边坡安全系数的转折点，安全稳定性系数有所增加。边坡在排土场边坡角度小于散体自然安息角的情况下，其稳定性随着高度的增加出现安全系数的增长，这可能是由于排土场经一段时间的沉降固结，随着散体颗粒的抗剪强度增加，因此排土场的稳定性增加。

[1] 王 瑞，王永增，陆占国.齐大山排土场边坡参数优化及稳定性分析[J].金属矿山，2013(2)：41-43. Wang Rui，Wang Yongzeng，Lu Zhanguo.The slope optimization and stability analysis of Qidashan waste dump[J].Metal Mine,2013(2):41-43.

[2] 石建勋,刘新荣,廖绍波,等.矿区排土场堆载对边坡稳定性影响的分析[J].采矿与安全工程学报,2011,28(2):258-262. Shi Jianxun，Liu Xinrong，Liao Shaobo，et al.Analysis of slope stability affected by load of waste dump of mining area[J].Journal of Mining & Safety Engineering，2011,28(2):258-262.

[3] 徐永刚.影响排土场边坡稳定因素的探讨[J].中国矿业,2000(9):72-73. Xu Yonggang.The discussion of the factors affecting mine slope stability[J].China Mining,2000(9):72-73.

[4] 黄 敏,李夕兵,付玉华,等.江西省永平铜矿西部排土场极限堆载高度确定[J].中国地质灾害与防治学报,2008,19(2):109-112. Huang Min，Li Xibing，Fu Yuhua，et al.Yongping Copper Mine in Jiangxi province in western sump the heap limit set high degree of certainty[J].Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2008,19(2):109-112.

[5] 颜荣贵,贺跃光,刘文钰,等.排土场极限高度确定方法研究及工程实例[J].矿冶工程,1996,16(2):7-10. Yan Ronggui，He Yueguang，Liu Wenyu，et al.Dump height limit determination of research and engineering examples[J].Mining and Metallurgical Engineering,1996,16(2):7-10.

[6] 陈 鹏，陈鹏飞.露天矿排土场边坡稳定性分析[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2010,29(6):1028-1031. Chen Peng，Chen Pengfei.Slope stability analysis on waste disposal site of opencast[J].Journal of Liaoning Technical University:Natural Science,2010,29(6):1028-1031.

[7] 许志中,张海峰.歪头山铁矿上盘排土场稳定性研究[J].矿业工程,2007,5(l):12-15 Xu Zhizhong，Zhang Haifeng.The stability research of Waitoushan waste-dump[J].Mining Engineering,2007,5(l):12-15.

[8] 徐 燕,佴 磊,丁黄平.南芬铁矿大东沟排土场稳定性分析与治理对策[J].金属矿山,2007(4):19-22. Xu Yan，Nie Lei，Ding Huangping.Stability analysis of Dadonggou dumping site in Nanfen Iron Mine and related measures[J].Metal Mine,2007(4):19-22.

(责任编辑 徐志宏)

Stability Analysis of Capacity Increase and Heightening Progress of Qidashan Waste Dump

Li Chuanglin Wang Yongzeng Wang Rui

(QidashanIronMineofAnshanIron&SteelGroupCorporation，Anshan114043,China)

Due to the increase of open-pit exploration and shortage of land resources，the firms have to increase capacity in old dumps，that induced the security problem increasingly prominent.Taking a waste dump of Qidashan Iron Mine as a case，the feasibility for the capacity increase and heightening of the dump was analyzed.With the use of mechanical parameters obtained from the indoor experiments，slope model of waste dump was established based on the engineering geological investigation.The limit equilibrium method was adopted to calculate the slope safety factor of a dump without ground water or under low water，high water level in Qidashan Iron Mine，which is located on bedrock or clay layer，and obtain the influencing law of groundwater on mine slope safety.Especially when the dump is located in the clay layer，the slope safety factor falls rapidly as the underground water level raises，which seriously influences the slope safety.Through analyzing the slope stability at dump height of from 180 m to 230 m，it is shown that，within the range of from 180 m to 220 m，the dump safety coefficient is declined from 1.122 to 1.116，and at 230 m，the safety factor is increased to 1.142.The law of the slope stability under the changes of the water level and slope height provides a powerful basis for the slope safety evaluation and the determination of the regulation scheme.

Waste dump，Slope，Groundwater，Height，Stability analysis

2015-01-26

李传林(1961—)，男，主任，工程师。

TD824.8

A

1001-1250(2015)-04-166-03