紫金山北口排土场排土工艺探讨

谢雄辉 赵武鹍 秦忠虎

(1.紫金矿业集团南方投资有限公司;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；

3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;

5.紫金矿冶设计研究院)

紫金山北口排土场排土工艺探讨

谢雄辉1赵武鹍2，3，4秦忠虎5

(1.紫金矿业集团南方投资有限公司;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；

3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;

5.紫金矿冶设计研究院)

紫金山北口排土场采用多台阶顺排工艺，运行中出现单段特高台阶，导致排土边坡不稳定、坡脚软弱基底产生圆弧滑动危害。为此，提出覆盖式多台阶排土工艺，采用排水固结、堆载预压处理软弱基底，经过稳定性演算符合规范要求，保证排土场的安全运行。

多台阶顺排 特高台阶 软弱基底 圆弧滑动 覆盖式多台阶排土 排水固结 稳定演算

1 概 述

紫金山北口排土场位于露天采场北口1#，2#沟及大岩里沟区域，原设计标高400～820 m，排土台阶最低标高610 m，最高标高+820 m，东西长1 737 m，南北宽1 673 m，坐标为(X：2 787 565～2 789 238，Y：439 908～441 645)，排土场容积20 963万m3。排土场与露天采场最短距离60 m，排土场出入口标高604 m。

按北口排土场原设计，排土台阶标高+610 m以下采用一坡到底的方式，形成单段特高台阶(见图1)。

图1 北口排土场单段高台阶

在连续降雨的条件下，受雨水冲刷，排土场边坡坡面形成冲沟，部分冲沟高差近100 m，已影响排土场边坡的安全稳定。另外，雨水冲刷的矿渣土体或山坡汇水渗流带出的泥砂等细颗粒，主要含黏土物质的粉细砂、块砾石，在排土场坡脚处形成强度较低的细颗粒欠固结物料，在排土场坡脚处形成软弱带，影响排土场的稳定性。

2 排土场原顺排工艺稳定性分析

2.1 排土场稳定性计算

2.1.1 计算参数选定

通过对资料综合分析，取排土场稳定性分析计算参数，如表1所示。

表1 稳定性计算的力学参数

2.1.2 确定允许安全系数

根据《滑坡防治工程勘察规范》(DZ/T 0218—2006)，稳定性系数可分为4种情况，见表2。

表2 滑坡稳定性系数与稳定状态

北口排土场顺排形成的高台阶只是排土过程中形成的临时台阶,因此，其稳定性允许安全系数可按表2选取。

2.1.3 计算结果

选取顺排工艺排土场4个剖面进行稳定性分析(见图2)，结果见表3。

由表3可知，在有水有震动计算工况下，排土场4个剖面边坡安全系数均小于1，都处于不稳定状态；在有水无震工况下1-1、4-4处于欠稳定状态，2-2、3-3处于不稳定状态。因此，需通过边坡结构参数优化及相应的工程措施，提高其稳定性。

图2 顺排工艺排土场计算剖面位置示意

表3 排土场顺排工艺边坡简化稳定性计算(Bishop法)

2.2 排土场坡脚区稳定性计算

对排土场坡脚区域进行稳定性分析计算[1]，计算结果见表4。

表4 排土场软基坡脚处单台阶稳定性计算结果

从表4可以看出，由于基底力学性质较差，在目前排土场坡脚或其下游处易发生底鼓式滑动，单台阶堆筑高度不能超过10 m，否则易产生圆弧式底鼓滑动。

3 排土工艺设计

从表3、表4可知，顺排工艺排土场边坡及坡脚区域稳定性都不满足规范要求。从安全生产角度考虑，需对该排土场以往的排土工艺进行修改，对排土场坡脚区域采取加固措施。

3.1 排土工艺选择

为满足边坡稳定性要求，将排土工艺改为覆盖式多台阶排土。采用分层堆置，分层标高460～850 m，14个台阶，各台阶除利用部分现有运输道路外，需要新修筑700～460 m临时运输道路，方便岩石运输(见图3)。

图3 覆盖式多台阶排土示意

(1)排土场设计参数见表5。

表5 排土场设计参数

(2)作业程序。修筑采场到排土场公路→修筑排土初始路堤→汽车运输废石到排土场卸载→推土机推排残留平台废石→平整排岩工作平台→修筑安全车档→整修扩展及维护排岩公路。

(3)排土顺序。为将目前多台阶顺排工艺过渡到从460 m向上到最终标高的覆盖式多台阶排土场，修建从700～490 m再延伸到最低排土标高460 m 的临时运输道路，从下向上逐层堆置或几个台阶同时进行覆盖式排土。当多台阶同时排土时，必须保持下一台阶超前不小于50 m，并在下一平台设置拦挡堤，预防滚石危害。

(4)排土台阶扩展方式。沿460 m地形等高线形成初始排岩台阶线，采用边缘式排土扇形扩展方式形成台阶，然后沿排岩台阶全线排岩，扩展排土场到设计边界。

3.2 覆盖式多台阶排土稳定性分析

根据文献[2]，排土场边坡稳定安全系数1.15～1.3。该排土场设计等级为一级，排土场下游没有村庄及居民，失事后影响较小，取排土场终了边坡允许安全系数取1.15。

3个剖面稳定性计算分析(图3)，结果见表6。

由表6稳定性计算结果可知，覆盖式多台阶排土场稳定性系数都大于1.15，排土场边坡处于稳定状态。

3.3 排土场坡脚区域工程措施

采用堆载预压排水固结法，在现有坡脚的基础上，先施工碎石桩竖向排水体，再分层、分段高、分时间段进行堆载预压。堆载预压高度26 m，分三层三级预压。一级预压物料采用大块石料，高度6 m，二、三级堆载预压选用剥岩废石料，高度10 m，并对形成台阶的局部边坡加铺SG-20土工格栅[1]，见图4。

表6 覆盖式多台阶排土场稳定性计算结果(Bishop法)

图4 堆载预压剖面示意(单位:mm)

竖向排水体采用碎石桩，桩径400 mm，深度9.6 m，按照矩形布置，桩距1.8 m×1.8 m，共计26 543 根。碎石桩顶部铺设300 mm厚度粗砂水平排水层。

采用碎石作为桩体填筑材料，粒径20～50 mm，含泥量不得大于5%。对排土场坡脚处分级堆载预压排水固结措施处理后，其单台阶稳定性达到规范要求。

4 结 论

针对紫金山北口排土场边坡及坡脚区域的不稳定问题，提出采用覆盖式多台阶排土，对排土场坡脚软弱基底区域采取排水固结堆载预压的工程控制措施。处理后经过稳定性分析演算，稳定性满足了规范要求，保证了排土场的安全运行。

[1] 代永新,李如忠,卢敬标.北口排土场坡脚安全控制技术[G]∥中国冶金矿山企业协会.中国采选技术十年回顾与展望.北京：冶金工业出版社,2012:417-420.

[2] 中华人民共和国建设部．GB 50421—2007 有色金属矿山排土场设计规[S]．北京：中国计划出版社，2007．

2015-02-13)

谢雄辉(1974—)，男，董事长，高级工程师，364200 福建省上杭县紫金大道1号。