露天矿山排土场灾害分析与防治措施

表 2 基底 工程特性指标推荐值
岩土名称 J1 中风化砂岩 C1中风化砂岩 D 1 - 2中风化砂岩 抗剪强度平均值 ( RS ) /M Pa 16 . 70 18 . 90 24 . 0 渗透系数 / ( cm s- 1 ) 4. 20 4. 40 4. 66 10- 5 10- 5 10- 5 承载力特征值 / kPa 4 500 5 000 5 000 抗压强度平均值 ( RC ) /M Pa 44. 9 49. 2 51. 1
另外岩土分排, a 层排中下部, b 层排上部, 上部的 b 层 以后还可以作为排土场复垦的土源。对于有水的民采 巷道采取封堵措施。 3 . 3 增加堆料的块度 剥离时采用松动爆破 , 尽量采用较多的大块, 以增 加岩土的摩擦力和排渗性能。 3 . 4 建设截水排渗设施, 消除和减轻地表水和地下水 的危害 排土场灾害的发生常与水的作用密切相关, 在排 土场灾害中起着十分重要的作用。因此需要采取一定 的工程措施进行水的治理和疏排工作 , 降低孔隙水压 力和动水压力, 减轻岩土体的软化及溶蚀分解 , 减小水 的冲刷和浪击作用。 1) 修筑排土场上部的截水沟, 减少排土场汇水面 积 , 对大气降水进行拦截。定期对修建的截水沟进行 修缮和清理 , 以便雨水能畅通地排至排土场外围的低 洼处。 2) 暴雨时 , 排土场的岩土料中含有大量孔隙水, 排土场基底内存在大量承水压, 在用排土场不能采用 一般边坡排水疏干方法进行处理。因此在排土场中下 部的底部排弃较厚的大块岩石以增加摩擦力和排渗能 力 , 使承水压能够顺利的排出。采用土石分排 , 提高渗 透系数 , 降低静水压力。对于排土场高边坡暴雨时人 员和设备应当避开, 暴雨后排土场稳定前停止排土作 业 , 下游可能的滑坡范围内禁止人员进入。 3 . 5 清理库区内民采和捡矿人员 排土场下游影响范围内的民采捡矿人员始终是排 土场安全运行的大隐患, 必须彻底清理。知道危险但 排土场下游少部分村民没有及时撤走也是导致尖山铁 矿 8 1 矿难严重后果的因素之一
2 . 1 排土场滑坡 滑坡是斜坡岩土体沿着惯通的剪切破坏面所发生 的滑移现象。排土场滑坡是排土场灾害中最为普遍、 发 生频率最高的一种, 按其产生机理可分为排土场沿基底 接触面滑坡、 排土场沿基岩软弱层滑坡和排土场内部滑 坡。产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间 , 两侧 有切割面。从斜坡的物质组成来看, 松散土层、 碎石土、 风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低, 容易滑坡。降 雨对滑坡的影响最大。结合李屋排土场实际情况 , 排土 场滑坡原因可能有以下几种 : 1) 设计不合理。在排土场工程地质勘察和排土
LONG H u rong (DabaoshanM ining Co L td, Shaoguan 512128 , Guangdong, China ) Abstract : The status quo and deve lo p m ent p lanning for L ee Uk Dum p of Dabaoshan M ining Co L td w as in troduced . Af ter assessm ent and pred ictio n of po tentia l d isaster w ere m ade for th e w aste du mp , som e re lativ e prevention and contro l m easures have been proposed . K ey w ord s : w aste du mp ; open pit m in e ; d isaster assessm en;t prevention and contro l m easures 排土场与采场和尾矿库一样, 是矿山企业重要的 生产、 安全、 环保设施 , 企业管理者和工程技术人员应 该深入了解和加强管理。为了吸取山西娄烦尖山铁矿 8 1 排土场滑坡事故的教训, 有必要对排土场可能 发生的灾害进行分析预测, 并针对性的提出相应的防 治措施。 大宝山矿业有限公司李屋排土场位于大宝山矿凡 洞矿区南西面, 属岭南中低山区 , 地形切割强烈, 山体 坡度较陡, 一般 40 ~ 50 。植被发 育, 地势北 东高南 西低, 多呈 V 形深谷 , 构成地表水、 地下水的强烈排 泄系统。库区海拔 330~ 1 020 m, 属潮湿多雨亚热带 气候, 地表水系发育 , 坡降大 , 水量变化幅度大。场区 年降雨量 1 532 . 7~ 2 470 . 1 mm, 集中于夏季 , 有暴雨, 小时最大降雨量为 53. 2 mm, 最大连续降雨量 421 . 6 mm ( 连续 10 天降雨 ) 。 李屋排土场属山沟型多台阶高中段永久性外部排 土场 , 排土工艺为汽车 推土机排土 , 排放方式为较经济 的高土高排, 低土低排, 多台阶同时排土。 20 世纪 70年 代开始排土, 90 年代停止外排 , 改内部排土 , 排弃岩土约 2 000万 m 。因大开发需要, 2008 年启用 757 m 排土中 段, 边坡顶高程 761 m, 坡底高程 649 m, 相对高差 110 m
表 1 散体 工程特征指标推荐值
岩土名称 人工填土 冲积层 粉质粘土 密度 /( g c m- 3) 2. 30 2. 40 2. 16 压缩系数 / ( M Pa- 1 ) 0 . 30 0 . 29 0 . 36 压缩模量 /M Pa 5 .0 5 .1 6 .0 内摩擦角 /( ) 20. 0 23. 0 18. 0 凝聚力 / kPa 12 . 0 11 . 0 13 . 0 渗透系数 /( c m s- 1 ) 2. 34 3. 40 1. 21 10- 2 10- 2 10- 4 承载力特征值 /kPa / / 220
场设计等涉及到排土场建设质量的许多方面必须加以 重视。不能因为建设进度的要求, 而放松对设计合理 [ 1] 性的审查, 这会给排土场滑坡埋下隐患 。 2) 基底民采巷道和排土工艺不科学。排土场上 部基底一方面地势较陡, 另一方面分布大量民采巷道, 民采巷道的水直接流入排土场基底。在生产的某一时 期 , 进行岩土混排, 人为的在 排土场内部形成 了软弱 面。上述软弱面的物理力学强度低 , 随着排土场废石 堆积高度的加大 , 当某一软弱面的剪应力超过其抗剪 强度时 , 便会沿此软弱面发生滑坡。 3) 大暴雨同时排水设施不健全。大暴雨是导致 排土场滑坡的重要诱因。大气降雨和地表水对排土场 的浸润作用 , 导致排土场初始稳定状态发生改变, 稳定 条件迅速恶化。暴雨时, 排土场排水不及时, 大量的地 表水汇入排土场。雨水渗入内部后 , 排土场原来的平 衡状态会发生变化, 土场充水饱和, 一方面增加了排土 场承载质量 , 同时又降低了排土场内部潜在滑动面的 摩擦力 , 从而形成排土场滑坡。 4) 农民捡矿活动。农民在土场周边及下游进行 采矿活动和在排土场坡角进行捡矿活动 , 一方面导致 排土场坡角不稳定, 另一方面土场边坡滑坡直接掩埋 捡矿者。 2 . 2 排土场泥石流 泥石流是大量松散堆积物在水和重力作用下形成
第 1期
龙虎荣 : 露天矿山排土场灾害分析与防治措施
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强大流体的现象。泥石流的形成必须同时具备以下 3 个条件 : 陡峻的便于集水和集物的地形、 地貌; 有丰富 的松散物质 ; 短时间内有大量的水源。 矿山泥石流从成因上一般分为水动力成因泥石流 和重力成因泥石流。水动力成因泥石流是大量松散的 固体物料堆积在汇水面积大的山谷地带, 在动水冲刷作 用下沿陡坡地形急速流动。重力成因泥石流是吸水岩 土遇水软化 , 当含水量达一定时, 便转化为粘稠状流体。 根据拜格诺的颗粒流理论, 粘滞流体中的固体颗粒在动 能作用下, 彼此撞击频繁 , 使颗粒及相邻滑移层间动量 交换 , 进而使流体中的固体颗粒具有弥散压力, 被水软 化成似液态的泥化母岩 (如粘土、 风化岩 )与岩土块及水 混合成浆体 (液固相 ), 在滑坡势能转化来的动能作用 下, 促使滑体向流动转化, 酿成泥石流。 2 . 3 排土场环境污染 空气中含有大量有害粉尘 或污水携带有 害重金 属 , 对环境造成空气污染和水污染。矿山排土场作为 矿山开采中收容废石的场所, 其中必然存在大量的固 体小颗粒, 无论是哪种排土工艺 , 在卸土和转排时, 随 着排弃的废石在排土场坡面滚动及风力的作用, 产生 大量的粉尘 , 随风四处飞扬 , 影响排土作业人员的身体 健康, 造成空气污染。另外 , 排土场污水中含有有害重 金属和强酸性对下游水系造成严重污染。
治措施。 关键词 : 排土场 ; 露天矿山 ; 灾害分析 ; 防治措施 中图分类号 : TD854 文献标识码 : A 文章编号 : 0253- 6099( 2010) 02- 0021- 04
D isaster A ssess m ent and Prevention M easures for theW aste D u m p of Open pitM ine
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2 排土场灾害类型及原因
排土工序是露天矿开采的基本工序之一, 作为露 天矿山接纳废石的场所 , 是露天矿组织生产不可缺少 的一项永久性工程建筑。因此, 排土场在矿山整个生 产时期以及闭坑后相当长时期内能否长期保持安全运 行是矿山经营管理者必须考虑的重大问题。排土场一 旦发生重大变化 , 就会对矿山生产产生严重影响, 甚至 迫使矿山停产。排土场的灾害形式因地质、 地理、 气候 等自然条件不同而异 , 按其对环境危害的表现形式 , 大 体上可分为以下 3 大类: 石流; 排土场环境污染。 排土场滑坡 ; 排土场泥
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1 工程概况
1 . 1 排土场工程 、 水文地质条件 场区位于雪山嶂背斜的北东倾设端 , 基底加里东 构造层寒武系形成强烈的紧闭褶曲 , 形成大宝山不对 称向斜构造 , 断裂构造较发育 , 但无活动的大 断裂通 过 , 无岩溶、 采空区和大面积沉降等不良地质现象。场 区节理发育。出露地层主要有人工填土 ( Qm l) 、 第四 系冲积层 ( Qdl)、 第四 系残 积层 ( Qd l) 、 强风 化砂 岩 ( J1) 、 中风化砂岩 ( J1)、 中风化砂岩 ( C1)、 强风化砂岩 ( D2) 、 中风化砂岩 ( D2)。工程地质条件中等。 场区地表水为溪流 , 地下水为第四系孔隙水和基
1 . 2 排土场散体与基底物理力学性质 排土场散体与基底粒度分布及物理力学性质分析 是排土场稳定性研究的一项基础工作 , 它不仅为排土 场散体剪切、 压缩及渗透等物理力学试验提供粒度组 成及参数, 而且可依据块度分布规律分析排土场岩石 块度参数的变化, 为研究排土场破 坏模式提供依 据。 堆积物自然安息角 25 ~ 39 , 松散系统 1 . 1~ 1 . 3 。场 区散体与基底物理力学、 承载力特征值、 渗透性指标推 荐值分别见表 1 和表 2 。
收稿日期 : 2009 09 18 作者简介 : 龙虎荣 ( 1965 - ), 男 , 江西永新人 , 工程师 , 主要从事矿山开采、 尾矿库和排土场的技术和管理工作。
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矿
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程
第 30卷
岩风化裂隙水。第四系孔隙水主要分布于平缓山坡表 层 , 河沟两侧和山间洼地等地段 , 由冲洪积层, 人工填 土和残积的砂砾、 碎石和粘土组成, 残坡积层一般透水 性好, 富水 性弱 , 冲洪 积层局 部富 水性 中等 , 泉流 量 0 . 054~ 0 . 68 L / s , 旱季大部分干涸 , 主 要为大气降水 补给。基岩风化裂隙水, 泉流量 0 . 01 ~ 0 . 6 L /s , 旱季 大部分干涸 , 富水性弱。水文地质条件简单。 场区地震动峰值加速度为 0 . 05g, 地震反应谱特 征周期为 0 . 35 s , 地震基本烈度为 6 度。
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左右 , 边坡角约 45 。根据每年 330 万 t铜硫矿方案设 计, 规划排土场高程约 335~ 765 m, 相对高差 430 m, 设 计分 4 个高台阶排弃, 台阶标高分别为 757 、 681 、 605 和 529 m, 段高 76 m, 边坡角 27 , 安全平台宽度大于 30 m, 最小工作平台宽度 70 m, 汇水面积约 400 hm , 用地面 积约 300 h m , 规划容积 2 . 5 亿 m , 为一等排土场。下 游影响区域没有采矿场、 工业场地、 居民点、 交通干线、 输电网线和通讯干线、 耕种区、 水域、 隧道涵洞、 旅游景 区、 固定标志及永久性建筑等设施。
第 30卷第 1 期 2010 年 02月
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V o.l 30 1 Feb ruary 2010
露天矿山排土场灾害分析与防治措施
龙虎荣
( 大宝山矿业有限公司 , 广东 韶关 512128 )
摘
要 : 介绍了大宝山矿业有限公司李屋排土场的现状和 发展规划 , 对 排土场 可能发生 的灾害 进行了 分析预 测 , 提 出了相 应的防