莱比塘铜矿排土场安全风险分析及预防

吴智勇，李强兵，张定义

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 开采境界内排土量

莱比塘铜矿属于特大型露天矿，露天开采境界内的废石量为94 604.4 万t，其中的25 666.9 万t 可以在生产第20 年后开始内排，需外排的废石量为68 537.9 万t，大约34 000 万m3（考虑了松散系数和沉降系数之后）。矿山从分期生产及长远规划角度，围绕矿坑设计了1#、2#和3#排土场，便于前期生产废石的排放。

1.1 排土场选址原则

（1）保证在排土作业时，不会因滚石、滑坡、塌方等威胁采区、工业场地（厂区）、居民点、道路、输电网线和通讯干线、耕种区、水域、固定标志及永久性建筑等的安全。

（2）排土场不宜设在汇水面积大、沟谷纵坡陡、出口又不易拦截的山谷中，也不宜设在工业厂房和其他构筑物及交通干线的上游方向，以避免发生泥石流和滑坡，危害生命财产或污染环境。

（3）排土场位置要符合相应的环保要求，不应设在居民区或工业建筑主导风向的上风侧和生活水源的上游，以防止粉尘污染居民区。防止排土场有害物质的流失，避免污染江河湖泊和农田，含有污染物的废石必须按照现行国家标准《一般工业固体废物储存、处置场污染控制标准》（GB 18599-2001）要求进行堆放、处置。

（4）排土场应靠近采场，尽可能利用荒山、沟谷及贫瘠荒地，以不占或少占农田。就近排土减少运输距离，但要避免在远期开采境界内以免将来二次倒运废石，如有必要在二期境界内设置临时排土场，一定要做技术经济方案比较后确定。

（5）防止对环境的不良影响，保护自然景观[1]。

1.2 排土场容积与排土方式

莱比塘铜矿1#排土场位于采坑东北部平坦开阔的场地，基底标高75～90 m，堆排终了标高150～225 m，库容17 795.6 万m³，采用自下而上的覆盖式排土（逆排）方式。2#排土场位于采坑西部的西山背坡，前期废石从250 m 标高排出，180 m 平台开拓出来后，所有废石从180 m 标高排出，堆排终了标高250 m，库容9585.3 万m³，除西山上部少量排土采用自上而下的压坡式排土（顺排）外，其余大部均采用逆排方式[2]。3#排土场位于采坑的东南部，基底标高60～75 m，堆排终了标高200 m，库容8133.5 万m³，采用逆排方式。3 个排土场总库容35 514.4 万m³，基本能满足除内排外的全部废石排放要求。

2 排土场安全风险分析

露天矿山排土场具有堆积容量大、堆筑段位高的特点，基底承载力、堆筑坡率、填筑工艺是管控的重点，若其质量不达标，在排放废石期间容易对周边农田、工厂、学校等建筑、设施造成危害。近年来，因排土场不合理排放引发的工农纠纷时有发生，不仅给当地群众造成了不可挽回的经济损失，还不利于矿山长远发展。莱比塘露天铜矿地处东南亚，雨季降水量多，降雨频繁，暴雨时常出现，矿山排土场堆筑高度达100 m 以上，这就使得排土场发生滑坡灾害的风险比较高。滑坡灾害一般主要与以下几种因素有着很大的关系[3-4]。

2.1 排土规划设计不合理

在矿山基建初期，排土场基底地层地质勘探数据收集不全面，不能为排土规划设计提供准确、真实的参考数据，导致排土规划设计缺乏合理性。加上征地等一系列原因，1#、3#排土场的征地面积及容积远远没有达到设计所规划的要求，矿山达产年的年剥离量也比原设计增加了10%左右。截止2020年年底，1#排土场只能作为临时废石排放区，在生产过程中出现矿用自卸车车辆不足，影响生产进度时开启废石排放，且废石排放基本要求为良性废石。2#排土场只剩下250 m 平台顶最后一层的良性废石未排，加上137.5～180 m 平台外部扩边覆盖时的一些废石排放区，基本没有场地可以容纳矿区生产的废石，而且废石排放要求为良性废石，排土场紧缺的问题日益加剧。目前承受废石排放的仅有3#排土场，但其排土面积本身就小，只能加快堆放层数，形成多个台阶同时排放以满足矿区生产需要，这样就减少了各层的压实遍数和自然沉降时间，降低了各层排土的稳定性。由于征地面积不足加快了2#、3#排土场的排放堆筑速度，缩短了排土自然沉降的时间，降低了各层的压实度，势必影响到整个排土场的承载力和稳定性。一到雨季极可能因渗水破坏排土场的稳定性，造成边坡及底层地基不稳，从而引发滑坡、泥石流等自然灾害。

2.2 排土方式不合理

排土场投入使用初期，大部分填筑材料均为覆盖层或全风化岩石，土石混合料居多，导致底层外边坡的透水性不足，排土场内部容易形成水囊，致排土场的基底层形成软弱面，这种软弱面的承受能力比较差，当排土场的废石越堆越高时，土体自重产生的剪应力越来越大，在软弱面易形成鼓包隆起现象，增大滑坡的可能。相较于其他原因引起的滑坡，这种类型的滑坡治理难度相对较大。对于这种类型的滑坡，莱比塘铜矿项目制定了合理的治理措施：如重新验算排土场的稳定性，并据此对排土场技术参数进行合理修正。此外，也可在排土场的坡底修筑块石挡土墙，可起到拦截滑石和滤水作用。实践证明，这种治理方法效果显著。

2.3 排水设施不完善

大气降水和地表水是引发排土场出现滑坡灾害的重要因素，这是因为大量水分可以侵润岩土深层，使得排土场原本稳定的状态在水分长时间侵润下逐渐发生改变，最终导致排土场的稳定性变差。排土场投入使用初期，基底的物质主要有固体颗粒、空气和附着在表层的水分，随着时间推延，排弃的废石越来越多，排土场会出现一定程度的下沉，这时岩石空隙间的空气便会被挤压出来。随着岩石空隙不断被填充，空隙越来越小，排土场的稳定性也会随之逐渐增强。在此期间，一旦遇到强降雨，排土场雨水无法通过岩石空隙及时排出，便会在排土场内汇集大量的地表水，当地表水渗入到排土场内部后，便会对排土场原本的平衡状态造成影响，使其迅速恶化，使得排土场内部的摩擦力大大降低，从而引发滑坡灾害。

2.4 人为因素

由于部分人环保意识和法制观念比较浅薄，为了一己私利，在排土场周围的坡底和两侧进行采石、取土，使得排土场的底部抗剪力及侧向阻挡力被大大消弱，从而为排土场发生滑坡埋下了隐患。其次在生产阶段，为了满足生产需求，需要采取爆破手段，爆破震动会影响到邻近排土场的稳定性。此外，除了上述影响因素之外，自然灾害也会对排土场的稳定性造成影响，而且影响巨大，如地震、海啸、大暴雨等人力不可抗拒因素。当然，这类因素发生的几率非常小，但是不代表不会发生，因此，也应做好相应的防范措施。

3 排土场安全风险预防措施

露天矿山排土场具有容量大、段位高的特点，极易形成滑坡灾害，做好滑坡灾害预防对矿山生产安全尤为重要。针对排土场特点制定的滑坡预防措施主要有：基底层的验收程序及验收标准，确保排土场基底密实度、承载力符合质量要求；排土工艺尽量选择顺排，以增加各层间的车辆碾压遍数；每层预留安全平台，保证边坡坡率满足废石的自然安息角；加强排土场场内排水，减少雨水内渗，影响其稳定性；特殊部位修建挡土墙加固坡脚，确保边坡的稳定性；做好排土期间的现场监控，避免人为因素造成的边坡失稳。在保障安全生产的基础上，对已排完的台阶边坡及时削坡和复耕，最大程度地降低对安全、环境的影响[5-6]。

3.1 强化排土场的建设质量

在排土场的建设选址时，应对施工现场的地质条件进行全面勘测，尽量避开基底岩层比较软弱的区域，如断层、原生地质软弱层等。如果无法避开，则需要对工程稳定性设计进行周密计算，制定合理的治理措施，提高排土场底部的稳固性。排土场投入使用前应对基底标高、覆盖层清理、压实度、承载力等各项主要技术指标进行复核验收，各项指标满足要求后方可进行排放。一旦发现排土场基底的承受能力不足时，应当在排土之前进行换基加固处理。

3.2 优化排土工艺

条件允许的情况下，尽量采用高料高排、低料低排，启用多个排土场逐层填筑，延长排土场的升段时段，增加堆料的自然沉降时间，从而提高排土场的密实度和承载力。排土场废石采用矿用自卸车（TR100、NTE260）运输、推土机平料的方式，根据废石排弃工艺，为确保矿用自卸车卸车安全，在排土场卸车处形成3%～5%的反坡，且自卸车卸载时配备专人指挥，并在平台边缘设置安全挡坎，挡坎高度为约1/2 轮胎高度，即在TR100 排料区不低于1.3 m，在NTE260 排料区不低于1.5 m。自卸车卸载后，用推土机辅助将废石推至卸料点坡下。夜间作业时，在各排土场废石排料作业区设置夜间照明灯，照明灯塔与排土场作业边缘距离为15～25 m，另外，配备洒水车全天候为生产区洒水降尘，确保安全生产。

3.3 加强排土场场内排水

排土场场内水源来自于山体地表水和场内大气降水。山体地表水通过在排土场坡面及坡脚修建截水沟进行拦截，汇集引排到排土场坡脚低洼处的雨水调节池集中蓄积处理；场内大气降水通过排土场自身横坡引流到截水沟，与山体地表水一起引排。通过排水系统及时将水排出，防止场内积水，避免渗水对排土场排放废石的影响，保护排土场安全，防止发生边坡滑坡灾害。在雨季之前应完成截水沟修建并定期清理修缮，确保截水沟通畅，以保证雨季期间的正常排水。

3.4 修建护墙挡坡

在容易发生滑坡的位置，采用坚硬的块石修筑护墙挡坡，可有效提高排土场的稳定性。干砌或抛砌重力块石坝具有渗透性好、易于施工及经济性的特点，当排土场建设成形之后，可将其作为抗滑挡墙。在排土场中埋置重力坝，既可预防滑坡现象的发生，又可起到拦截泥石流的作用，同时它在排土场的排水疏干中可发挥重要作用。值得注意的是，这种治理措施存在一定的局限性，仅适用于具有潜在隐患的部位，结合现场实际状况，对护墙挡坡进行科学周密的设计及稳定性验算，如此才能充分发挥其防治作用。

3.5 边坡保护构造

对已排完的台阶边坡及时进行植被护坡，首先对边坡进行降坡平整，铺上50 cm 厚的腐殖土，撒上植被种子，沿台阶边坡四周布设喷淋水管进行浇灌，并沿台阶坡脚修筑排水沟，每100 m 修建一道急流槽集中排放边坡地表水及浇灌余水，有效防止水土流失，减少边坡冲刷，以保边坡稳定，避免滑坡灾害[7]。

3.6 加强排土场安全管理

（1）排土场不应影响矿山正常开采和边坡稳定，排土场坡脚与其他作业点之间应有一定的安全距离。必要时应设置滚石或泥石流拦挡设施。

（2）排土场进行排土作业时，应圈定危险范围，并设立警戒标志，无关人员不得进入危险范围内。未经设计或技术论证，任何单位不得在排土场内回采石料。

（3）排土场闭坑前，应有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。

4 结语

露天矿山排土场运行的最大安全风险是滑坡，其引发的灾害是重大的，危害程度高。因此，在生产中，莱比塘铜矿项目始终坚持“安全第一、预防为主、综合防治”的安全管理原则，认真贯彻落实排土场的相关技术法规。为实现安全、高效生产，对排土场建设和治理进行全面综合的规划、设计和实施，既能够保障施工顺利开展，又可有效避免灾害的发生。