探讨矿山排土场泥石流的机理与防治应用

王颂军

（四川省冶勘设计集团有限公司，四川成都 610051）

排土场是矿山在开采作业的过程中，需要将剥离后矿体表土、岩层进行堆放形成，是产生泥石流等灾害事故的高发点，会对矿山的正常生产经营活动造成严重的影响，威胁作业人员的生命财产安全。因此，须对矿山排土场的泥石流灾害问题给予高度的重视，对矿山排土场形成泥石流灾害的机理，进行全面且深入的分析。矿山企业应充分结合本矿区的气候环境、排土场的实际结构特点等，确定科学的防治方案，采取有效的预防和治理措施，避免矿山排土场发生泥石流灾害，保证矿山生产作业的安全，促进我国矿山建设的健康发展。

1 矿山排土场泥石流机理分析

为了对矿山排土场形成泥石流灾害的机理开展深入研究，在对矿山排土场发生泥石流案例数据总结的基础上，通过对泥石流发生情况模拟分析，形成机理的全面分析。在模拟分析中，综合考虑了矿山排土场松散体的不同质量和体积、降雨强度、泥石流形成的时间、流量、流速、增加体的高度、长度、宽度和体积等各项参数。根据模拟试验数据结果，结合泥石流发生时的实际观测数据可以发现，导致矿山排土场发生泥石流灾害的主要形成机理是排土场的堆积物整体结构较为松散，其坡面易发生滑坡，导致泥石流形成。矿山排土场在暴雨或持续降雨的影响下，易诱发泥石流灾害。

1.1 矿山排土场堆积物松散结构导致泥石流的机理分析

由于矿山排土场表层大多为土体堆积物，当有雨水渗入时，土体基质间的相互约束力会不断下降，当渗入雨水达到一定量时，其相互作用力可能完全消失，会造成矿山排土场内有孔隙水产生。当孔隙水不断增加时，孔隙水压力会相应加大，并导致土体产生剪胀。排土场土体在剪胀作用的影响下，其斜坡土体会出现变形现象[1]。土体孔隙水超过饱和状态时，土体会在入渗水的影响下形成应变软化，在软化达到极值后转移剪应力，对相邻土体造成进一步破坏。如果排土场土体内剪应力实现了全面贯通时，会造成排土场坡体的所有松散堆积物同时下滑，土体在下滑过程中会逐步解体，产生泥石流灾害。当矿山排土场发生泥石流灾害时，通常有滑坡现象存在，并在滑坡时形成泥石流，说明泥石流形成的前提是发生滑坡。在形成泥石流后，泥石流在其下滑过程中会进一步造成矿山排土场堆积物结构失稳，加大了灾害程度。泥石流形成的物质来源是滑坡提供的滑坡体，是泥石流形成的重要基础条件。

1.2 矿山排土场在暴雨条件下形成泥石流的机理分析

矿山排土场在暴雨因素的影响下，易导致泥石流灾害的形成，主要由于排土场堆积物相对松散。当遭遇暴雨时，雨水会大量汇集在矿山排土场地表，形成水流较为强劲的地表径流。雨水会对排土场表面产生强烈、快速的冲刷侵蚀作用，侵蚀能力会随着冲刷水流流量的增加而不断加大，雨水会与矿山排土场内的各种碎屑物混合。随着混合物增加体积的不断增加，矿山排土场内固体颗粒间的约束力小于增加体的重力，当矿山排土场坡摩擦力小于其固体颗粒间的阻力与水动力之和时，排土场坡面颗粒会出现下滑的现象，进而形成泥石流灾害。

1.3 矿山排土场在持续性细雨条件下形成泥石流的机理分析

当矿山排土场所在区域发生持续降雨时，短时雨量可能相对较小，但在雨水的长期浸润作用下，场内松散堆积物的重力会相应加大，相互约束力及摩擦力会不断下降，渗流动水压力会对堆积物结构的稳定性产生进一步破坏。超过极限值时，松散堆积物会沿矿山排土场坡面方向下滑，产生泥石流灾害。因此，在持续细雨条件下形成泥石流的基本机理是由于矿山排土场内的碎屑物质吸水过饱和，导致松散堆积物的剪切力小于土体内应力。

2 防治矿山排土场形成泥石流的主要措施

2.1 采用拦蓄防治措施

防治排土场泥石流灾害时，可以采用拦蓄措施，在矿山排土场内设置泥石流沟道，通过筑坝方式实现对泥石流的有效拦截，达到灾害治理的目的。以拦蓄为主的防治措施主要适用于矿山排土场堆积物结构稳定性较差、不具备停淤、排导条件、泥石流灾害高发的矿山排土场。在实际应用中主要在泥石流沟道内设置拦沙坝，对泥沙进行拦截，提高排土场沟床、边坡结构的稳定性，避免形成泥石流。在治理中可以结合植树造林等方式进一步固定边坡，以提高防治效果。

2.2 采用排导结合防治措施

如果矿山排土场下游具备筑坝、停淤条件，其周边地区地形适合进行排导，如无法利用泥石流沟道进行拦截，可采取排导治理方式，以防治泥石流灾害的发生，保证矿山作业的安全。

2.3 结合生物治理的防治措施

如果矿山排土场规模相对较小，主要由坡面滑坡、水土流失等因素引发的泥石流灾害时，应将防治的重点放在水土流失的治理方面，可在采取工程措施的同时，结合生物工程技术，采取种草、植树造林等方式利用植被覆盖实现对滑坡体的有效固定[2]。如果排土场坡度较大时，可以设置排洪沟、混凝土条格以控制滑坡，可以采取修筑拦排坝等方式防治泥沙流失，切断泥石流形成的物质来源，以达到防治泥石流形成的目的。

2.4 综合采用多种防治措施

在确定防治措施时，应首先全面收集矿山排土场的主要泥石流灾害类型资料，如果属于多种类型并发或以滑坡性泥石流为主的矿山排土场，应综合采用停淤、拦截、排导等不同措施对泥石流灾害进行全面治理。应有机结合农业、生物措施等提高防治效果，对泥石流灾害进行准确预报，以提高矿山排土场结构稳定性，保证矿山生产作业的安全。

2.5 采用控制水动力的防治措施

水动力是诱发矿山排土场形成泥石流的重要因素，在防治泥石流时，应将治水作为治理的重要环节。对水动力较为丰富的矿山排土场，由于其堆积物的含水率相对较高，易形成稀性泥石流灾害。在防治过程中应设置引排水设施等对排土场水量进行调节，通过削减洪峰、引流等方式，使排土场内地表径流量降低，有效控制水动力。在实际应用中可以采用修建拦排坝、结合植树造林等措施，减少径流量和滑坡沙石量，以达到防治泥石流的目的。

3 矿山排土场泥石流的机理与防治应用实践

3.1 矿山排土场形成泥石流的机理分析

某矿山排土场主要为尾矿库，其堆积物中有大量有毒、有害物质。因此，为了防止形成泥石流，影响周边生态环境、矿山企业的正常生产作业，应准确判断其是否具备泥石流形成的基础条件。

3.1.1 矿山排土场泥石流形成的物源条件分析

由于该矿山排土场的岩体主要为节理发育的大理岩、红黏土、适应云母片岩等，堆积物中包括大量的废弃渣土，严重的风化岩体、松散堆积物均为该矿山排土场泥石流的形成提供了物源条件，因此，该排土场发生泥石流灾害的风险系数较高。

3.1.2 矿山排土场泥石流形成的地形地貌特点分析

该矿山排土场规模较大、边坡坡度较陡，相对高差达到500 m以上，表面为裸露的松散岩土体，无植被覆盖，其地形地貌条件较易于诱发泥石流的形成。

3.1.3 该矿山排土场泥石流形成的水源条件分析

该矿山排土场所在区域降雨较丰富，大部分为集中降水，为泥石流的形成提供了水动力基础。

结合该矿山排土场泥石流的形成基础条件分析，其在受暴雨、持续降雨、排土场结构等因素影响下，均可能导致泥石流的形成。

3.2 矿山排土场防治泥石流形成的有效途径分析

3.2.1 坚持排土场泥石流治理的基本原则

在确定矿山排土场的具体防治措施时，应检测以预防位置的基本原则，将预防与治理工作有机结合，应采取必要的工程治理措施，加强对排土场边坡、沟谷的治理。应充分运用生物治理等先进的防治理念，因地制宜地制定科学的防治方案，将矿山排土场泥石流的治理工作与周边地区的建设规划、社会经济发展需要结合，以实现对排土场的科学防治。

3.2.2 该矿山排土场泥石流防治方案分析

由于该矿山排土场泥石流活动频繁且类型相对单一，其周边区域不具备修建拦挡设施的地质条件，无固定泥石流流通区存在，因此，无法采用设置拦挡或拦蓄设施的防治方式。由于该排土场在持续使用中，矿山企业需要不断向场内堆放废弃渣土，不具备采用生物治理措施的条件。根据对各种因素的综合分析后，确定应将该排土场的防治工作重点放在治水方面。在防治实践中采取了设置防洪截水沟的方式，在突出所有台阶均应布设排水沟、截水沟，其应与坡脚间应保持1.5 m的间距。在日常管理中应做好排堵清淤工作，确保排水设施功能可正常发挥作用，达到防止泥石流形成的目的。

4 结语

为防止排土场发生泥石流灾害，减少矿山工作人员的伤亡、经济财产损失，应对矿山排土场形成泥石流的基本机理进行深入的分析研究，应积极总结经验，根据各矿山排土场的具体环境条件、排土场结构特点等采取有效的防治措施。通过治水、对矿山排土场的综合性治理，消除矿山排土场的风险隐患，保证矿山生产作业的安全，推动我国矿山事业的健康发展。