高台阶排土场技术及其发展趋势_杜炜平

发展内 排 土 场 是 露 天 铁 矿 的 又 一 重 要 方 向 。石人沟矿向已采空南区内排 ,大冶铁矿在 西露天采空区排土取得了明显效果 。适应具体 条件 、调整采掘部署 、积极发展内排不仅可大幅 度减少占地 ,而且可经济 、合理 、有效消除开挖 负面影响 ,是进行综合治理的较好途径 。
发达国家成功实例是我国今后发展方向 , 排土场工程也一样 。应参照国外发展历程 ,使 排土场稳定 、复土造田 、环境治理有效兼顾 ,已 有不少矿山重视排土场复垦与绿化 :如海南铁 矿 ,大冶 、兰尖 、朱家包包铁矿在排土场植被 ;石 人沟铁矿在 3 、4 、5 号排土场造田 ;南山铁矿进 行防治水及排土场植被治理废水都收效显著 。
Δh/
h
=
1
ah + e1
Hγ
(1)
Q0
= γH
=
1012π·C ·cotφ
cotφ
+
πφ 180
-
π 2
(2)
式中Δh 为表土层最终沉降量 ; h 为表土层压
缩前厚度 ; a 为表土层压缩系数 ; e1 为表土孔 隙比 ; C 为表土粘聚力 ;φ为表土内摩擦角值 ;γ
为排土场堆料容量 ; H 为排土场极限堆高 。
冶金矿山排土费用占开采总成本的 13 % ～ 16 % , 排 土 场 占 地 达 矿 山 用 地 的 39 % ～ 55 %。我国曾组织过高台阶排土场工艺重点科 技攻关 、支持开展了重大工程科研工作 ,露天铁 矿排土场技术取得了长足进展 ,在一些领域已 具世界先进水平 ,有力促进了露天铁矿生产 。 目前露天铁矿矿石产量已占总量的 88 % ,生产 迅猛发展 ,又反过来为排土场工程提出了新要 求 。分析我国排土场工程概况 ,阐述排土场工 程急待解决的重大问题 、近期进展与发展趋势 , 有助于我国铁矿排土场技术的发展 。
鼓使排土场失稳全过程 ,导出了从表土承载到 不同表土 、散体 、基岩性质参数相关的判别标准
和计算公式 ,使目前沿用式 (1) 及 (2) 只是一定 条件下的特例[6 ] 。据此厂坝七架沟排土场原
来设计规定堆高不超过 200 m ,变成目前台阶 高度 400 m ;南芬庙儿沟排土场堆高按式 (1) 及 (2) 为不超过 100 m ,变为目前最高堆高 280 m , 并确保了安全 。高台阶技术上述进展 ,为下例
1 露天铁矿排土场现状
“八五”期间 ,我国大部分露天铁矿进入深 凹开采状态 ,露天铁矿年产铁矿石总量已超过 亿吨 。露天铁矿大型化使排土场容积越来越 大 ,大孤山铁路排土场 、东鞍山胶带排土场 、弓 长岭汽车排土场及铁路排土场 、南芬露天铁矿 庙儿沟排土场及 4 号排土场 、歪头山排土场 、水 厂铁矿两个胶带排土场 、朱家包包铁矿排土场 、 南山铁矿排土场等单个排土场容积都超过 1 亿 m3 。
胶带运输是较理想运输设备 。胶带系统故障率 高达 30 %～60 % ,这是目前发展胶带运输的主 要障碍 。而排土场在稳定条件下的不均匀位移 和变形又为胶带运输增加了困难 。在露天铁矿 排土场 ,新装胶带排土机无法达到设计能力也 有待解决 ,如东鞍山矿胶带排土场 。大孤山排 土场拟建胶带排土系统 ,南芬 2 号排土场胶带 排土系统正在建设 ,水厂矿 、大石河矿杏山采区 等正在建或待建胶带排土运输系统 。从胶带正 常建设使用出发 ,排土场在稳定条件下变形研 究正为急待解决的重大问题 。
以基地软弱表土及地下水综合影响排土场 稳定研究 ,辅以冶理决策在解决工程问题中有 了较大进展 。藩洛铁矿排土场 、白云鄂博西排
Ξ 收稿日期 1997209211 第 1 作者 男 硕士
第1期
杜炜平等 : 高台阶排土场技术及其发展趋势
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土场 、兰尖铁矿尖山排土场等就属此例 。 运输是当前露天矿生产存在的主要问题 ,
表土基底条件下的排土场极限堆高 H 的
确定公式 (1) 及 (2) ,在许多情况下是不正确的 。
主要是没有考虑表土层厚度的影响及表土与排
土场基底的实际接触条件 。厂坝七架沟排土
场 ,南芬庙儿沟排土场稳定性研究[5 ,6 ] ,从排土 场基底表土与排土场底部蜂窝状接触状态出
发 ,研究了在排土场增高过程中表土经受冲剪 破坏 、随机挤入废石体底部 、整体剪切破坏 、底
南芬 汽车排土 ,将用胶带机 段高 120～200 m ,36°～38° 6 个排土场 ,容量 413 亿 m3
歪头山 汽车 、铁路排土
水厂
机车 、汽车 、未来胶带 (两套)
大石河
汽车排土 ,杏林采区正 建胶带排土机
密云 汽车排土
白云鄂博 铁路 、汽车排土
海南 铁路 、汽车排土
兰尖
目前汽车排土 ,封团圈 以上滑溜井送朱家包 包排土
朱家包包 铁路排土 , 4 m3 电铲 , 280～300 万 t/ (台·a)
南山 铁路 (电铲) 排土
汽车 (排土机) 排土 ,或 石人沟 由破碎站 、胶带机 、排
土机排土
捧磨山 汽车排土 、混合堆置法
大冶 铁路排土
段高 20 ～40 m , 坡角 34°, 平 台宽 ≥20 m 胶带分三层排土 ,层间留 30～ 40 m 安全平台 排土场段高 20 ～30 m , 宽 > 40 m ,下沉率 17 % 段高 60～130 m , α = 37°,地 基坡度 10°～30°
综上所述 ,我国重点露天铁矿排土场工程 概况如附表 ,排土场工程目前重大问题为 : (1) 高台阶技术 (基底表土承载机制与排土场极限 堆高确定) ; (2) 底部泄流式排土场建设技术 ; (3) 胶带排土场建设技术 (胶带排土场变形) ; (4) 内排土场技术 ; (5) 排土场的稳定 、复田 、 环保一体化决策技术 。
性质研究与参数测试 ; (5) 排土场渗流问题测 试与分析 ; (6) 排土场稳定和极限平衡 、弹塑性 有限元 、变分法等分析 ; (7) 排土场形态参数及 稳坡措施确定 。
当排土场基底较为平缓 ,由表土等软弱层 及坚硬基岩组成时 ,往往进行专门的基底承载 能力与排土场极限高度确定的研究 。目前 ,国 内外均以基底表土变形Δh/ h 或 Prandtl L 表 土极限承载能力 Q0 来确定排土场极限堆高 H。
铁路排土场段高 20 ～33 m , 汽车排土场段高 30～50 m
排土场初期高 60～100 m ,最 高 200 m ,因滑坡而降低
段高 > 150 m
排土场 316 亿 m3 , 高程 1070 ～1250 m , 分四个台阶 , 能力 1800 万 t/ a ,段高 30～40 m , 部分 160 m 4 条排土线 ,台阶高 15 m ,最 小工作平台 60 m
原 5 个排土场均排满 ,现采中 区 、北区 、向已采空南区内排
按 100 、130 m 二层堆置 ,总高 度 64 m
8 条土线 ,段高 15 m
1 亿 m3
两个胶带排土场 515 亿 m3
5 个采场排土场容积 1147 亿 m3 5 个排土场 ,总容积 5370 万 m3 3 个 铁 路 排 土 场 4000 万 m3 ,4 个 汽 车 排 土 场 4320 万 m3 汽车排土场 4300 万 t ,铁路 排土场容量大
2 高台阶排土
高台阶排土与增加排土场堆高是减少排土 场占地 、增加排土场容积最有效途径 。如东鞍 山 、弓长岭 、南芬 、歪头山 、白云鄂博 、兰尖 、朱家 包包等大型露天铁矿排土场 ,都存在提高排土 场堆高需要与问题 。
排土场堆高增加以后 ,常规的排土场稳定 性分析已成为一门通用技术 ,主要内容包括 : (1) 场区工程地质 、水文地质 、环境地质工作 ; (2) 排土场散体粒度及组成调查 、分布规律研 究 ; (3) 排土场爆破测震及震动影响分析 ; (4) 排土场散体 、基底基岩 、表土的物理 、力学 、变形
3 个铁路排土场 ,1960 万 t ; 汽车排土场 ,200 万 t ; 胶带 排土场 115 亿 t
铁路 、汽车排土
铁路排土场段高 10～25 m
6 个铁路排土场 ,2149 万 t ; 2 个汽车排土场 ,5000 万 t
弓长岭 汽车 、铁路排土
汽车排土场段高 20 ～60 m ; 5 个汽车排土场 ,213 亿 t ;2 铁路排土场段高 10～100 m 个铁路排土场 ,216 亿 t
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矿 冶 工 程
第 18 卷
附表 重点露天铁矿排土场工程概况
矿山
排土方式
排土场结构
排土场个数与容积
稳定性与存在问题
大孤山 东鞍山 眼前山
过渡 期 铁 路 、汽 车 排 铁路排土场段高 10 ～15 m , 铁路土线 8 条 、容积 218 亿
土 , 未来胶带机排土 。 15～25 m。移道步距 20 m , m3 ;汽车排土容积 1966 万
排土场 高 80 ～ 99 m , 排 土场欠稳 ;胶带排土未达 设计要求
排土场增高 ,春夏季多次 下沉失稳 排土场基底框架稳定 ,雨 季平台沉降 ,前坡滑移 。 胶带排土 , 底部有庙儿 沟 ,黄柏峪溪 最下部 188 m 排土场高 度超过 30 m , 局部不稳 定。 稳定 , 存在征地问题 , 胶 带机排土 废弃排土场有沉降 ,要恢 复胶带机排土
利用常年流水沟溪建设排土场是起源于八 十年代加拿大的排土场新技术 ,现加拿大已利 用排土场底部泄流成功建设了 10 余个排土场 。 目前南芬矿庙儿沟在采取疏排水措施前提下 , 正在建设容积 212 亿 m3 排土场 ,南芬矿 4 号排 土场拟建成底部泄流式排土场 。国内有色系统 也已建成了超大型底部泄流式排土场 。
兰山 3936 万 m3 ,尖山 1860 万 m3
316 亿 m3 ,平均运距 9 km
总容量 1117 亿 m3
南区共可排 1168 万 m3 运 距 118 km
总容 量 23414 万 m3 , 距 采 场 2 km 总容量 7500 万 t ,另用西露 天采空区排土
ຫໍສະໝຸດ Baidu
较稳定 ,未来胶带运输 , 增加堆高
随着排土场容积增大 ,为最大限度减少矿 山排土场占地 ,排土场段高不断加大 。铁路排 土场段高 ,大孤山 、眼前山排土场为 15～25 m , 白云鄂博排土场为 20～33 m ,朱家包包铁矿排
土场为 30～40 m ;汽车排土场段高 :弓长岭 、歪 头山等矿为 20～60 m ,南芬矿为 120～200 m , 密云矿为 60～130 m ,海南矿最高达 200 m ;大 石河矿正建胶带机排土 ,段高 20～30 m 。随着 排土场高度增加 ,一些排土场稳定性存在隐患 。 东鞍山矿排土场高度达 80～99 m 时即出现问 题 ;弓长岭矿排土场增加到 60 m ,出现滑坡失 稳 ;歪头山矿排土场超过 30 m 时局部存在不稳 定 ;南芬矿庙儿沟排土场要求下游方向堆高达 280 m ,朱家包包矿排土场总高为 148～280 m , 因地基软弱已发生数十次滑坡 ;尖山矿排土场 基底表土有 5～10 m 昔格达层 ,经常滑坡 。基 底表土层承载能力 、作用机制 、排土场极限堆高 确定 、厚表土层对策研究成为合理增加排土场 堆高 的 关 键 , 是 工 程 岩 土 力 学 研 究 重 大 课 题[ 1～4 ] 。
第 18 卷第 1 期 1998 年 3 月
矿 冶 工 程
MINING AND METALL URGICAL ENGINEERING
Vol. 18 №1 March 1998
高台阶排土场技术及其发展趋势
杜炜平 颜荣贵
(长沙矿冶研究院采岩所 ,长沙 ,410012)
摘 要 减少矿山占地是减少国土侵占的重要环节 ,在排土场表土基底作用机制 、排土场泥 石流形成 、松散废石泄水机理 、排土场压密过程研究基础上 ,完成的排土场增高扩容 、泥石流 细粒料源控制 、排土场底部泄流 、胶带排土场变形分析等技术 ,将促使我国排土场工程发展 。 文中还介绍了南芬庙儿沟排土场 、厂坝七架沟排土场两个成功实例 。 关键词 超高台阶排土场 泥石流 底部泄流体 胶带排土场 内排土场 Ξ
目前未装胶带 ,汽车排 效率 150 ～200 万 t/ ( 台·a) 。 m3 ;胶 带 机 排 土 可 增 加 堆
土
汽车排土场段高 20～30 m
高 ,容积足够
铁路 、汽车排土 ; 未来 两个胶带排土系统 ;现 胶带机未达设计能力 (600 万 t/ a)
铁路排土场坡角 36°～40°,汽 车排土场 36°～40°,胶带排土 场 31°～36°