紫金山北口排土場排土工藝探討

謝雄輝 趙武鹍 秦忠虎

(1.紫金礦業(yè)集團(tuán)南方投資有限公司;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；

3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司;

5.紫金礦冶設(shè)計研究院)

紫金山北口排土場排土工藝探討

謝雄輝1趙武鹍2，3，4秦忠虎5

(1.紫金礦業(yè)集團(tuán)南方投資有限公司;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；

3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司;

5.紫金礦冶設(shè)計研究院)

紫金山北口排土場采用多臺階順排工藝，運行中出現(xiàn)單段特高臺階，導(dǎo)致排土邊坡不穩(wěn)定、坡腳軟弱基底產(chǎn)生圓弧滑動危害。為此，提出覆蓋式多臺階排土工藝，采用排水固結(jié)、堆載預(yù)壓處理軟弱基底，經(jīng)過穩(wěn)定性演算符合規(guī)范要求，保證排土場的安全運行。

多臺階順排 特高臺階 軟弱基底 圓弧滑動 覆蓋式多臺階排土 排水固結(jié) 穩(wěn)定演算

1 概 述

紫金山北口排土場位于露天采場北口1#，2#溝及大巖里溝區(qū)域，原設(shè)計標(biāo)高400～820 m，排土臺階最低標(biāo)高610 m，最高標(biāo)高+820 m，東西長1 737 m，南北寬1 673 m，坐標(biāo)為(X：2 787 565～2 789 238，Y：439 908～441 645)，排土場容積20 963萬m3。排土場與露天采場最短距離60 m，排土場出入口標(biāo)高604 m。

按北口排土場原設(shè)計，排土臺階標(biāo)高+610 m以下采用一坡到底的方式，形成單段特高臺階(見圖1)。

圖1 北口排土場單段高臺階

在連續(xù)降雨的條件下，受雨水沖刷，排土場邊坡坡面形成沖溝，部分沖溝高差近100 m，已影響排土場邊坡的安全穩(wěn)定。另外，雨水沖刷的礦渣土體或山坡匯水滲流帶出的泥砂等細(xì)顆粒，主要含黏土物質(zhì)的粉細(xì)砂、塊礫石，在排土場坡腳處形成強(qiáng)度較低的細(xì)顆粒欠固結(jié)物料，在排土場坡腳處形成軟弱帶，影響排土場的穩(wěn)定性。

2 排土場原順排工藝穩(wěn)定性分析

2.1 排土場穩(wěn)定性計算

2.1.1 計算參數(shù)選定

通過對資料綜合分析，取排土場穩(wěn)定性分析計算參數(shù)，如表1所示。

表1 穩(wěn)定性計算的力學(xué)參數(shù)

2.1.2 確定允許安全系數(shù)

根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》(DZ/T 0218—2006)，穩(wěn)定性系數(shù)可分為4種情況，見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與穩(wěn)定狀態(tài)

北口排土場順排形成的高臺階只是排土過程中形成的臨時臺階,因此，其穩(wěn)定性允許安全系數(shù)可按表2選取。

2.1.3 計算結(jié)果

選取順排工藝排土場4個剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析(見圖2)，結(jié)果見表3。

由表3可知，在有水有震動計算工況下，排土場4個剖面邊坡安全系數(shù)均小于1，都處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在有水無震工況下1-1、4-4處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，2-2、3-3處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，需通過邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及相應(yīng)的工程措施，提高其穩(wěn)定性。

圖2 順排工藝排土場計算剖面位置示意

表3 排土場順排工藝邊坡簡化穩(wěn)定性計算(Bishop法)

2.2 排土場坡腳區(qū)穩(wěn)定性計算

對排土場坡腳區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)定性分析計算[1]，計算結(jié)果見表4。

表4 排土場軟基坡腳處單臺階穩(wěn)定性計算結(jié)果

從表4可以看出，由于基底力學(xué)性質(zhì)較差，在目前排土場坡腳或其下游處易發(fā)生底鼓式滑動，單臺階堆筑高度不能超過10 m，否則易產(chǎn)生圓弧式底鼓滑動。

3 排土工藝設(shè)計

從表3、表4可知，順排工藝排土場邊坡及坡腳區(qū)域穩(wěn)定性都不滿足規(guī)范要求。從安全生產(chǎn)角度考慮，需對該排土場以往的排土工藝進(jìn)行修改，對排土場坡腳區(qū)域采取加固措施。

3.1 排土工藝選擇

為滿足邊坡穩(wěn)定性要求，將排土工藝改為覆蓋式多臺階排土。采用分層堆置，分層標(biāo)高460～850 m，14個臺階，各臺階除利用部分現(xiàn)有運輸?shù)缆吠猓枰滦拗?00～460 m臨時運輸?shù)缆?，方便巖石運輸(見圖3)。

圖3 覆蓋式多臺階排土示意

(1)排土場設(shè)計參數(shù)見表5。

表5 排土場設(shè)計參數(shù)

(2)作業(yè)程序。修筑采場到排土場公路→修筑排土初始路堤→汽車運輸廢石到排土場卸載→推土機(jī)推排殘留平臺廢石→平整排巖工作平臺→修筑安全車檔→整修擴(kuò)展及維護(hù)排巖公路。

(3)排土順序。為將目前多臺階順排工藝過渡到從460 m向上到最終標(biāo)高的覆蓋式多臺階排土場，修建從700～490 m再延伸到最低排土標(biāo)高460 m 的臨時運輸?shù)缆?，從下向上逐層堆置或幾個臺階同時進(jìn)行覆蓋式排土。當(dāng)多臺階同時排土?xí)r，必須保持下一臺階超前不小于50 m，并在下一平臺設(shè)置攔擋堤，預(yù)防滾石危害。

(4)排土臺階擴(kuò)展方式。沿460 m地形等高線形成初始排巖臺階線，采用邊緣式排土扇形擴(kuò)展方式形成臺階，然后沿排巖臺階全線排巖，擴(kuò)展排土場到設(shè)計邊界。

3.2 覆蓋式多臺階排土穩(wěn)定性分析

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，排土場邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.15～1.3。該排土場設(shè)計等級為一級，排土場下游沒有村莊及居民，失事后影響較小，取排土場終了邊坡允許安全系數(shù)取1.15。

3個剖面穩(wěn)定性計算分析(圖3)，結(jié)果見表6。

由表6穩(wěn)定性計算結(jié)果可知，覆蓋式多臺階排土場穩(wěn)定性系數(shù)都大于1.15，排土場邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 排土場坡腳區(qū)域工程措施

采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法，在現(xiàn)有坡腳的基礎(chǔ)上，先施工碎石樁豎向排水體，再分層、分段高、分時間段進(jìn)行堆載預(yù)壓。堆載預(yù)壓高度26 m，分三層三級預(yù)壓。一級預(yù)壓物料采用大塊石料，高度6 m，二、三級堆載預(yù)壓選用剝巖廢石料，高度10 m，并對形成臺階的局部邊坡加鋪SG-20土工格柵[1]，見圖4。

表6 覆蓋式多臺階排土場穩(wěn)定性計算結(jié)果(Bishop法)

圖4 堆載預(yù)壓剖面示意(單位:mm)

豎向排水體采用碎石樁，樁徑400 mm，深度9.6 m，按照矩形布置，樁距1.8 m×1.8 m，共計26 543 根。碎石樁頂部鋪設(shè)300 mm厚度粗砂水平排水層。

采用碎石作為樁體填筑材料，粒徑20～50 mm，含泥量不得大于5%。對排土場坡腳處分級堆載預(yù)壓排水固結(jié)措施處理后，其單臺階穩(wěn)定性達(dá)到規(guī)范要求。

4 結(jié) 論

針對紫金山北口排土場邊坡及坡腳區(qū)域的不穩(wěn)定問題，提出采用覆蓋式多臺階排土，對排土場坡腳軟弱基底區(qū)域采取排水固結(jié)堆載預(yù)壓的工程控制措施。處理后經(jīng)過穩(wěn)定性分析演算，穩(wěn)定性滿足了規(guī)范要求，保證了排土場的安全運行。

[1] 代永新,李如忠,盧敬標(biāo).北口排土場坡腳安全控制技術(shù)[G]∥中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會.中國采選技術(shù)十年回顧與展望.北京：冶金工業(yè)出版社,2012:417-420.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部．GB 50421—2007 有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)[S]．北京：中國計劃出版社，2007．

2015-02-13)

謝雄輝(1974—)，男，董事長，高級工程師，364200 福建省上杭縣紫金大道1號。