探討礦山排土場(chǎng)泥石流的機(jī)理與防治應(yīng)用

王頌軍

（四川省冶勘設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，四川成都 610051）

排土場(chǎng)是礦山在開采作業(yè)的過程中，需要將剝離后礦體表土、巖層進(jìn)行堆放形成，是產(chǎn)生泥石流等災(zāi)害事故的高發(fā)點(diǎn)，會(huì)對(duì)礦山的正常生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)造成嚴(yán)重的影響，威脅作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，須對(duì)礦山排土場(chǎng)的泥石流災(zāi)害問題給予高度的重視，對(duì)礦山排土場(chǎng)形成泥石流災(zāi)害的機(jī)理，進(jìn)行全面且深入的分析。礦山企業(yè)應(yīng)充分結(jié)合本礦區(qū)的氣候環(huán)境、排土場(chǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，確定科學(xué)的防治方案，采取有效的預(yù)防和治理措施，避免礦山排土場(chǎng)發(fā)生泥石流災(zāi)害，保證礦山生產(chǎn)作業(yè)的安全，促進(jìn)我國礦山建設(shè)的健康發(fā)展。

1 礦山排土場(chǎng)泥石流機(jī)理分析

為了對(duì)礦山排土場(chǎng)形成泥石流災(zāi)害的機(jī)理開展深入研究，在對(duì)礦山排土場(chǎng)發(fā)生泥石流案例數(shù)據(jù)總結(jié)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)泥石流發(fā)生情況模擬分析，形成機(jī)理的全面分析。在模擬分析中，綜合考慮了礦山排土場(chǎng)松散體的不同質(zhì)量和體積、降雨強(qiáng)度、泥石流形成的時(shí)間、流量、流速、增加體的高度、長度、寬度和體積等各項(xiàng)參數(shù)。根據(jù)模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合泥石流發(fā)生時(shí)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致礦山排土場(chǎng)發(fā)生泥石流災(zāi)害的主要形成機(jī)理是排土場(chǎng)的堆積物整體結(jié)構(gòu)較為松散，其坡面易發(fā)生滑坡，導(dǎo)致泥石流形成。礦山排土場(chǎng)在暴雨或持續(xù)降雨的影響下，易誘發(fā)泥石流災(zāi)害。

1.1 礦山排土場(chǎng)堆積物松散結(jié)構(gòu)導(dǎo)致泥石流的機(jī)理分析

由于礦山排土場(chǎng)表層大多為土體堆積物，當(dāng)有雨水滲入時(shí)，土體基質(zhì)間的相互約束力會(huì)不斷下降，當(dāng)滲入雨水達(dá)到一定量時(shí)，其相互作用力可能完全消失，會(huì)造成礦山排土場(chǎng)內(nèi)有孔隙水產(chǎn)生。當(dāng)孔隙水不斷增加時(shí)，孔隙水壓力會(huì)相應(yīng)加大，并導(dǎo)致土體產(chǎn)生剪脹。排土場(chǎng)土體在剪脹作用的影響下，其斜坡土體會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象[1]。土體孔隙水超過飽和狀態(tài)時(shí)，土體會(huì)在入滲水的影響下形成應(yīng)變軟化，在軟化達(dá)到極值后轉(zhuǎn)移剪應(yīng)力，對(duì)相鄰?fù)馏w造成進(jìn)一步破壞。如果排土場(chǎng)土體內(nèi)剪應(yīng)力實(shí)現(xiàn)了全面貫通時(shí)，會(huì)造成排土場(chǎng)坡體的所有松散堆積物同時(shí)下滑，土體在下滑過程中會(huì)逐步解體，產(chǎn)生泥石流災(zāi)害。當(dāng)?shù)V山排土場(chǎng)發(fā)生泥石流災(zāi)害時(shí)，通常有滑坡現(xiàn)象存在，并在滑坡時(shí)形成泥石流，說明泥石流形成的前提是發(fā)生滑坡。在形成泥石流后，泥石流在其下滑過程中會(huì)進(jìn)一步造成礦山排土場(chǎng)堆積物結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，加大了災(zāi)害程度。泥石流形成的物質(zhì)來源是滑坡提供的滑坡體，是泥石流形成的重要基礎(chǔ)條件。

1.2 礦山排土場(chǎng)在暴雨條件下形成泥石流的機(jī)理分析

礦山排土場(chǎng)在暴雨因素的影響下，易導(dǎo)致泥石流災(zāi)害的形成，主要由于排土場(chǎng)堆積物相對(duì)松散。當(dāng)遭遇暴雨時(shí)，雨水會(huì)大量匯集在礦山排土場(chǎng)地表，形成水流較為強(qiáng)勁的地表徑流。雨水會(huì)對(duì)排土場(chǎng)表面產(chǎn)生強(qiáng)烈、快速的沖刷侵蝕作用，侵蝕能力會(huì)隨著沖刷水流流量的增加而不斷加大，雨水會(huì)與礦山排土場(chǎng)內(nèi)的各種碎屑物混合。隨著混合物增加體積的不斷增加，礦山排土場(chǎng)內(nèi)固體顆粒間的約束力小于增加體的重力，當(dāng)?shù)V山排土場(chǎng)坡摩擦力小于其固體顆粒間的阻力與水動(dòng)力之和時(shí)，排土場(chǎng)坡面顆粒會(huì)出現(xiàn)下滑的現(xiàn)象，進(jìn)而形成泥石流災(zāi)害。

1.3 礦山排土場(chǎng)在持續(xù)性細(xì)雨條件下形成泥石流的機(jī)理分析

當(dāng)?shù)V山排土場(chǎng)所在區(qū)域發(fā)生持續(xù)降雨時(shí)，短時(shí)雨量可能相對(duì)較小，但在雨水的長期浸潤作用下，場(chǎng)內(nèi)松散堆積物的重力會(huì)相應(yīng)加大，相互約束力及摩擦力會(huì)不斷下降，滲流動(dòng)水壓力會(huì)對(duì)堆積物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生進(jìn)一步破壞。超過極限值時(shí)，松散堆積物會(huì)沿礦山排土場(chǎng)坡面方向下滑，產(chǎn)生泥石流災(zāi)害。因此，在持續(xù)細(xì)雨條件下形成泥石流的基本機(jī)理是由于礦山排土場(chǎng)內(nèi)的碎屑物質(zhì)吸水過飽和，導(dǎo)致松散堆積物的剪切力小于土體內(nèi)應(yīng)力。

2 防治礦山排土場(chǎng)形成泥石流的主要措施

2.1 采用攔蓄防治措施

防治排土場(chǎng)泥石流災(zāi)害時(shí)，可以采用攔蓄措施，在礦山排土場(chǎng)內(nèi)設(shè)置泥石流溝道，通過筑壩方式實(shí)現(xiàn)對(duì)泥石流的有效攔截，達(dá)到災(zāi)害治理的目的。以攔蓄為主的防治措施主要適用于礦山排土場(chǎng)堆積物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差、不具備停淤、排導(dǎo)條件、泥石流災(zāi)害高發(fā)的礦山排土場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中主要在泥石流溝道內(nèi)設(shè)置攔沙壩，對(duì)泥沙進(jìn)行攔截，提高排土場(chǎng)溝床、邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免形成泥石流。在治理中可以結(jié)合植樹造林等方式進(jìn)一步固定邊坡，以提高防治效果。

2.2 采用排導(dǎo)結(jié)合防治措施

如果礦山排土場(chǎng)下游具備筑壩、停淤條件，其周邊地區(qū)地形適合進(jìn)行排導(dǎo)，如無法利用泥石流溝道進(jìn)行攔截，可采取排導(dǎo)治理方式，以防治泥石流災(zāi)害的發(fā)生，保證礦山作業(yè)的安全。

2.3 結(jié)合生物治理的防治措施

如果礦山排土場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小，主要由坡面滑坡、水土流失等因素引發(fā)的泥石流災(zāi)害時(shí)，應(yīng)將防治的重點(diǎn)放在水土流失的治理方面，可在采取工程措施的同時(shí)，結(jié)合生物工程技術(shù)，采取種草、植樹造林等方式利用植被覆蓋實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡體的有效固定[2]。如果排土場(chǎng)坡度較大時(shí)，可以設(shè)置排洪溝、混凝土條格以控制滑坡，可以采取修筑攔排壩等方式防治泥沙流失，切斷泥石流形成的物質(zhì)來源，以達(dá)到防治泥石流形成的目的。

2.4 綜合采用多種防治措施

在確定防治措施時(shí)，應(yīng)首先全面收集礦山排土場(chǎng)的主要泥石流災(zāi)害類型資料，如果屬于多種類型并發(fā)或以滑坡性泥石流為主的礦山排土場(chǎng)，應(yīng)綜合采用停淤、攔截、排導(dǎo)等不同措施對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行全面治理。應(yīng)有機(jī)結(jié)合農(nóng)業(yè)、生物措施等提高防治效果，對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，以提高礦山排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證礦山生產(chǎn)作業(yè)的安全。

2.5 采用控制水動(dòng)力的防治措施

水動(dòng)力是誘發(fā)礦山排土場(chǎng)形成泥石流的重要因素，在防治泥石流時(shí)，應(yīng)將治水作為治理的重要環(huán)節(jié)。對(duì)水動(dòng)力較為豐富的礦山排土場(chǎng)，由于其堆積物的含水率相對(duì)較高，易形成稀性泥石流災(zāi)害。在防治過程中應(yīng)設(shè)置引排水設(shè)施等對(duì)排土場(chǎng)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過削減洪峰、引流等方式，使排土場(chǎng)內(nèi)地表徑流量降低，有效控制水動(dòng)力。在實(shí)際應(yīng)用中可以采用修建攔排壩、結(jié)合植樹造林等措施，減少徑流量和滑坡沙石量，以達(dá)到防治泥石流的目的。

3 礦山排土場(chǎng)泥石流的機(jī)理與防治應(yīng)用實(shí)踐

3.1 礦山排土場(chǎng)形成泥石流的機(jī)理分析

某礦山排土場(chǎng)主要為尾礦庫，其堆積物中有大量有毒、有害物質(zhì)。因此，為了防止形成泥石流，影響周邊生態(tài)環(huán)境、礦山企業(yè)的正常生產(chǎn)作業(yè)，應(yīng)準(zhǔn)確判斷其是否具備泥石流形成的基礎(chǔ)條件。

3.1.1 礦山排土場(chǎng)泥石流形成的物源條件分析

由于該礦山排土場(chǎng)的巖體主要為節(jié)理發(fā)育的大理巖、紅黏土、適應(yīng)云母片巖等，堆積物中包括大量的廢棄渣土，嚴(yán)重的風(fēng)化巖體、松散堆積物均為該礦山排土場(chǎng)泥石流的形成提供了物源條件，因此，該排土場(chǎng)發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高。

3.1.2 礦山排土場(chǎng)泥石流形成的地形地貌特點(diǎn)分析

該礦山排土場(chǎng)規(guī)模較大、邊坡坡度較陡，相對(duì)高差達(dá)到500 m以上，表面為裸露的松散巖土體，無植被覆蓋，其地形地貌條件較易于誘發(fā)泥石流的形成。

3.1.3 該礦山排土場(chǎng)泥石流形成的水源條件分析

該礦山排土場(chǎng)所在區(qū)域降雨較豐富，大部分為集中降水，為泥石流的形成提供了水動(dòng)力基礎(chǔ)。

結(jié)合該礦山排土場(chǎng)泥石流的形成基礎(chǔ)條件分析，其在受暴雨、持續(xù)降雨、排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)等因素影響下，均可能導(dǎo)致泥石流的形成。

3.2 礦山排土場(chǎng)防治泥石流形成的有效途徑分析

3.2.1 堅(jiān)持排土場(chǎng)泥石流治理的基本原則

在確定礦山排土場(chǎng)的具體防治措施時(shí)，應(yīng)檢測(cè)以預(yù)防位置的基本原則，將預(yù)防與治理工作有機(jī)結(jié)合，應(yīng)采取必要的工程治理措施，加強(qiáng)對(duì)排土場(chǎng)邊坡、溝谷的治理。應(yīng)充分運(yùn)用生物治理等先進(jìn)的防治理念，因地制宜地制定科學(xué)的防治方案，將礦山排土場(chǎng)泥石流的治理工作與周邊地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)排土場(chǎng)的科學(xué)防治。

3.2.2 該礦山排土場(chǎng)泥石流防治方案分析

由于該礦山排土場(chǎng)泥石流活動(dòng)頻繁且類型相對(duì)單一，其周邊區(qū)域不具備修建攔擋設(shè)施的地質(zhì)條件，無固定泥石流流通區(qū)存在，因此，無法采用設(shè)置攔擋或攔蓄設(shè)施的防治方式。由于該排土場(chǎng)在持續(xù)使用中，礦山企業(yè)需要不斷向場(chǎng)內(nèi)堆放廢棄渣土，不具備采用生物治理措施的條件。根據(jù)對(duì)各種因素的綜合分析后，確定應(yīng)將該排土場(chǎng)的防治工作重點(diǎn)放在治水方面。在防治實(shí)踐中采取了設(shè)置防洪截水溝的方式，在突出所有臺(tái)階均應(yīng)布設(shè)排水溝、截水溝，其應(yīng)與坡腳間應(yīng)保持1.5 m的間距。在日常管理中應(yīng)做好排堵清淤工作，確保排水設(shè)施功能可正常發(fā)揮作用，達(dá)到防止泥石流形成的目的。

4 結(jié)語

為防止排土場(chǎng)發(fā)生泥石流災(zāi)害，減少礦山工作人員的傷亡、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，應(yīng)對(duì)礦山排土場(chǎng)形成泥石流的基本機(jī)理進(jìn)行深入的分析研究，應(yīng)積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)各礦山排土場(chǎng)的具體環(huán)境條件、排土場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等采取有效的防治措施。通過治水、對(duì)礦山排土場(chǎng)的綜合性治理，消除礦山排土場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)隱患，保證礦山生產(chǎn)作業(yè)的安全，推動(dòng)我國礦山事業(yè)的健康發(fā)展。