露天矿排土场边坡稳定性分析及评价机制

张建强

（新白马矿业有限责任公司，四川 攀枝花 617200）

人类社会在进行生产和建设的过程中，不可避免地会进行一些开采工作。尤其是露天采矿工程，由于挖掘岩土体会导致大量剥离物的产生，以至于排土场成为露天采矿工程中非常重要的一部分。因为影响排土场边坡稳定性的因素复杂，导致排土场在建设的过程当中常常有事故发生，也由此可见，矿山相关管理者为了保障矿山的生产效率以及矿山能够安全稳定地运行，排土场的建设稳定也是一个需要顾及的重要问题。

1 露天矿排土场的形成及可能导致的灾害

露天矿排土场的主要作用是放置采矿工作中产生的大量泥土沙石等废弃物，以确保矿山有序开采有用的矿石，是一个大型的由人工堆积的松散物体。由于排土场建设的不当不仅会带来安全隐患，引发一些安全事故的发生，如泥石流、山体滑坡，等等，同时还给环境保护工作带来了极大的困难。

由于地质条件、气候条件等存在差异，引发排土场失稳的因素不同，产生的灾害也有不同。排土场内部滑坡、沿地基接触面滑坡和沿排土场地基软弱层滑坡是排土场失稳的三种主要模式。比较常见的排土场滑坡主要是由排土场内存在的软弱层，因为地表汇水会雨水的浸入，本就脆弱的软弱层受到的水分的侵蚀就会导致滑坡的安全事故出现，因为岩土土质本身存在不同、排土工艺和其他外界条件不同，所以导致的排土场滑坡会使其滑动面存在不同的高度，另外一种是散体岩石的高度低于排土场的高度，使散体岩石的承载压力过大，从而导致排土场边坡失稳，从而导致滑坡的出现。

有的排土场的基底脆弱不稳定，承载能力低以至于排土场有时会出现滑移的情况，从而导致滑坡引发安全事故。不同的人工堆积层、土质或洪水带来的卵石层都是影响排土场基底稳定性的重要因素。一般情况下，由于排土场基底弱层不稳引发的排土场滑坡的多为排土场基底平移引发，且滑动的规模通常较大。排土场的地基接触面的摩擦不当也有可能导致排土场的滑坡。排土场的松散岩石和地基接触面之间的摩擦强度小于排土场的内部承载能力的时候就有可能导致排土场滑坡。因地基与排土场接触不当导致的滑坡一般情况下主要出现在地基倾斜角较高，即地形较陡的情况下，容易造成大规模的排土场滑坡。

造成排土场滑坡的原因不仅仅是因为地基脆弱或与地基接触面的接触不当，也有可能是因为排土场中的松散物质在与水接触后达到一定的饱和程度，使原本松散的物质的重量增加向下快速流动。这就是我们常说的矿山泥石流。泥石流的产生需要具备如下几个基本条件：其一，产生泥石流的区域周围岩土一定是松散不稳固的；其二，地形陡峭，沟床较大；其三，产生泥石流的区域周围一定存在着较大的水源，明湖或暗河。矿山泥石流通常情况下是以坡面冲刷和滑坡的形式出现，与泥石流一起爆发。

由此可见，排土场失稳造成事故的原因主要有以上三个方面，如排土场的建设初期就存在着各种各样的不规范的问题，排土方式的方式不科学、排土场的引水设施不规范等，就将为未来排土场失稳埋下安全隐患。排土场出现事故带来的不仅仅是导致矿山的生产率降低，经济效益降低，而且更重要的是给矿山工作人员的生命安全带来了巨大的隐患。

2 露天矿排土场边坡稳定性分析方法

露天矿排土场滑坡是一个由势能转为动能，再由动能转为热能的过程，滑动的距离与排土场的岩土性、岩土湿润度、基底承载能力、甚至与岩土的粒径分布和倾斜角都存在着很大的关系。对之前国内发生过的大规模排土场滑坡后，岩体滚落距离的实测数据如表1 所示。

表1 国内部分较大规模排土场滑坡移动距离实测资料表

如表1 所示，体积较大的岩体的滚落的距离是坡体高度的0.5～1.5 倍，同时还发现，基底承载能力越弱，排土场发生滑坡后岩体滚落的距离越远。如果是因为降雨或地表汇水导致的排土场基底松软引发的排土场失稳坍塌，大体积的岩土体块滚落的距离将会更远。

由上文可知，排土场边坡滑坡模式主要有三种，排土场内部滑坡、沿地基接触面滑坡和沿排土场地基软弱层滑坡。当我们在对排土场边坡的稳定性进行计算时，排土场的实际情况是必须要考虑的。通常情况下，利用极限平衡法中的Bishop 以及Jaubu 法对排土场中倾斜角的最大即最陡的坡面进行计算，然后对其进行对比分析。

《有色金属矿山排土场设计规范》中明确指出，排土场的边坡稳定系数KS 取到1.30 比较合适。对于不同的保护对象，KS 也有不同的规定，排土场边坡很稳定K>1.30；排土场边坡基本稳定，1.20KS<1.30；排土场建设欠稳定，1.10 KS<1.20；稳定性差为1.KS<1·10；KS<1 为极不稳定。如，若排土场垮塌会威胁到居住区居住人民的生命安全时，KS 应当以1.30 为准；若排土场垮塌不至于造成人身事故或可能会损害经济效益不高的建筑物时，KS 以1.20 为准；若因排土场垮塌给相关人员只带来较低的经济损失时，KS 以1.10 为准。

以广东某露天铁矿场为例，由于在建设之初没有遵守相关建设条例，对该排土场后续几年的发展带来了一定的阻碍，同时埋下了一定的安全隐患。经过实际勘察后发现，该铁矿的排土场位于整个的矿区的北面，由于建设初期的不规范的工程导致的排土场的部分现已经与矿区的台阶处相连。规定的排土场的标准高度大概在130～220m，对该排土场进行测量之后得到的数据为90m，该排土场的边坡的安全等级为三级，现已形成10 个排土台阶，最大的接近20m，台阶的坡度角在50°～58°。该排土场附近有一个排水沟，截水、排水性能较为良好。在对排土场的边坡进行分析之前，对排土场的土样和岩样进行了取样试验，得出了如表2 的参数。

表2 排土场堆体岩土的力学参数

对排土场的边坡稳定性进行分析的过程中的首要任务，是要对潜在的的可能造成排土场垮塌的破坏模式进行的一个基本的判断。破坏模式作为一个基本的对排土场边坡进行基本判断的工程岩体力学行为的概括，是对排土场稳定计算的一个十分重要的保障。

在对排土场进行现场考察之前，选择堆置高度最高、角度的最大、稳定性最低以及存在安全隐患最大的坡面进行研究。该区抗震设房烈度级别为四级，基本地震的加速值为0.05g。如图1 所示，采用简化毕晓普法对该坡面进行分析之发现，该剖面处于一种极不稳定的状态。

2 露天矿排土场稳定性的风险评价机制

在露天矿排土场的建设过程中，对排土场的稳定性进行风险评价，以及在排土工作进行的不同阶段都对其及进行相应的安全评价、稳定性分析和基本维护检测，是现代企业安全管理的重要体现和重要环节。根据国家对排土场建设的相关规定与要求可知，每隔三年排土场就需要请相关人员对排土场的稳定性进行风险测评。通过一定的方法和技术手段对排土场的稳定性进行风险评价，对发生在现实生产中的一些问题、生产设备和技术的缺陷以及可能造成的安全风险进行预估分析，并有针对性地提出一些相应的整改措施和对策，为实现安全生产提供相应的依据。

图1 排土场边坡稳定性计算剖面

排土场的稳定性以国家和地方的有关规定、与项目相关的有关资料、重要的相关技术规定为主要的评价依据。评价原则以系统论和信息论以及控制论为指导，以系统危险控制管理方案为基础，结合现代安全系统的最新技术和吸收现有安全评定技术中的有益成分对露天矿排土场的各方面可能引发安全事故进行分析和辨别，以基层危险因子为重点，提出相应的解决措施。重点对国家法律法规规定的相关技术规章和检查、分析排土场的工作设备为主，检查排土场的安全指标是否符合我国的相关的规章制度。

排土场稳定性风险评价的程序步骤主要有以下几个步骤，首先，采矿部门要向安全管理部门提出结合排土场自身的安全评价要求；其次，负责进行测评的人员要为风险检测人员的检测、现场勘察做好相应的前期准备、为其提供相关所需的分析评价资料；然后，聘请专业的技术人员对排土场的稳定性进行检测，并配合相关部门完成评价。

关于排土场有关评价报告的处理需要在排土场有关安全评价报告、检测报告以及排土场的稳定性分析报告出来以后，要及时向相关管理排土场有关部门进行提交和审核，然后出具一份正式的相关报告，再由管理部门进行相应的分类、分析、整理和修改，总结出最终的安全评价分析报告。最后，将最终的排土场的安全评价分析报告提交到省级安全管理部门进行备案。

3 结语

露天矿排土场一旦产生滑坡直接影响是冲毁土地、矿山、阻塞河流、损毁工业厂房等设施,并有可能产生泥石流,对下游设施造成破坏,同时破坏生态环境。露天矿排土场的发展是一个长期发展的动态加载荷的过程，相应的稳定性也由于各种因素再不断地发生着变化，相关部门应定期对排土场进行检查、维护，降低排土场的危险系数，提高矿山的总体生产效益。