小型排土场关闭治理及稳定性分析

韩瑞亮，禹朝群，高玉倩

（河北钢铁集团矿山设计有限公司，河北 唐山 063700）

排土场作为矿山重大危险源之一，其设计、生产管理、关闭治理不规范将严重影响矿山的安全生产，一旦发生滑坡事故将威胁着下游居民的生命财产安全[1-2]。

1 排土场现状分析

排土场位于矿区范围内东南部山沟里，距离采场最近处200m左右，排土场与露天采场分别位于山脊的两侧，不会对采场生产安全构成影响。

图1 排土场现状

排土场西侧有一条排土公路，周边无铁路、主要公路、水源、湖泊等，下游2㎞内无居民区和其他工业设施等。排土场周边环境属于简单类型。

排土场工程地质条件较简单，矿区内及附近无地表水体，大气降水是唯一水的来源，水文地质条件简单。

2 排土场关闭设计

本次设计分别在955m、930m、895m水平设3个安全平台，安全平台宽度15m～20m，排土场最下部台阶高度65m，最高排土标高985m，最低标高830m，总堆置高度达155m，总堆置坡度为29°。

图2 排土场关闭设计

（1）排土场等级。排土场最高堆置高度155m，根据堆置高度划分排土场等级对应为二级，总容量148万m3，根据排土容积划分排土场等级对应为四级；根据3.2.1条两者的等差大于一级时，采用高标准降低一级使用，应此排土场的级别为三等。

（2）排土平台宽度。设计排土场采用压坡角式多台阶排土方式，排土场堆置阶段的工作平盘宽度主要取决于排弃物的物理力学性质、采用的排岩设备、运输方式等因素，其宽度应达到排岩工作不受影响的要求。经计算，在满足挖掘机、推土机清理的排土台阶平台宽度不小于15 m。

（3）排土场边坡角。本次设计所排弃的岩土为采场剥离的废弃物。为确保排土场的稳定，根据采场境界内围岩的实际情况，排弃岩土的自然安息角平均值为36°，设计排土场治理后最终边坡角为29°。

（4）排洪设施设计。排水边沟采用浆砌片石结构，水泥抹面，断面为梯形，上底宽0.9m、下底宽0.6m、高0.8m。平台排水沟采用毛沟结构，毛沟断面为梯形，上底宽0.9m、下底宽0.6m、高0.6m，以确保雨季期间排水顺畅。

3 排土场稳定性分析

根据边坡破坏模式，本计算软件中所采用的计算方法为极限平衡法中的Bishop法，通过数值模拟对边坡稳定性进行分析，Bishop法是计算单一圆弧型破坏最为常用和有效的方法，此种方法将滑体垂直划分为n个条块，取其中任一条为i，其几何形状及受力分析如图3所示。

图3 Bishop法条块力系分析

其计算公式：

排土场堆置的排弃物以碎石、块石为主，岩石体重2.7t/m3，普氏硬度系数f=12～14，松散系数1.5。根据工程地质及水文地质条件，本次计算选取的参数见表1。

表1 物理力学参数表

本次分析选取了黑山铁矿II采场排土场及其相邻的龙潭村铁矿排土场A-A′、B-B′工程地质剖面作为代表性剖面进行了计算。计算所用参数均参照相邻I号采场排土场堆置物的数据选取，确定该矿山的岩体力学参数见表1。

4 排土场治理

结合现场排土场作业方式，设计采用反铲—推土机联合治理工艺。为了保证挖掘机和推土机的安全生产，应在废石场边缘处设置安全车档，车档高度不应小于轮胎直径的2/5，车档顶部和底部宽度分别不应小于轮胎直径的1/3和1.3倍，排土平台形成3%的反坡。排土场台阶清理自上而下进行，先清理955m水平，清理完后再依次清理930m、895m水平，排土场治理需清理土石方量为21.06万m³。

5 结论

根据《冶金矿山排土场设计规范》（GB 51119-2015）中6.4条所规定安全系数，该排土场失事后不致造成人员伤亡或造成经济损失不大时，边坡抗滑稳定系数KS取1.15～1.20。从以上分析可以看出现状各剖面部分较陡坡段安全系数均大于1.15，均达到规范所规定安全系数，能保证排土场边坡的安全，但排满后仍应加强监测，做好防护措施，确保排土场的安全。