1、排土场的安全防护 对策措施与事故分析,1、概述 2、排土场的分类 3、排土场的灾害特征 4、排土场的安全对策措施 5、排土场安全与环境保护设计 6、排土场事故分析,矿山排土场需要占用大量的土地。俄罗斯、美国的矿 山，排土场占地面积分别为矿山总占地面积的50%和56%， 我国排土场占地面积为矿山总占地面积的3550%。我国人口 众多，人均耕地1.4亩，只有世界水平的1/3，保护耕地是我国 的基本国策。 排土场占地是我国矿业破坏国土的主要组分，目前全国 已达（114210）万km2，各类排土场、矸石山、尾砂库、粉 煤灰堆每年还以占地（200340）km2面积在增加。排土场占 地已成为危及矿区经济可
2、持续发展、影响人类生态环境的头 等大事。对于国力还只能支撑6%国土复垦率的发展中国家，经济 合理地最大限度利用排土场已有占地，增加堆高、扩大堆容、 建设超高台阶排土场是具有中国特色的排土场新技术。,排土场主要有软土基底、泥石流、水等三大灾患，对于 其作用机制，分析其影响因素，制定相应对策，为实施大幅 度减少占用国土、降低开采成本，提供了可靠的依据。为此 有必要排土场稳定研究展开一系列的研究工作。自上世纪70年代中期国际上采矿先进的大国才开始进行 矿山排土工艺的技术现代化和排土场稳定性及其治理措施方 面的研究工作，其中前苏联开展较早，在很多露天矿排土场 开展了科学研究工作，在理论上发表了较系统的
3、专门著作和 论文。,我国采矿界对于露天矿排土场稳定性研究起步较晚，由 于过去对排土工艺和排土场稳定性控制及其灾害防治方面的 设计深度不够，适应不了矿山大规模生产的需要，因此，在 很多大型矿山排土场先后出现了滑坡及泥石流灾害，给安全 生产和环境保护带来严重的危害。研究排土场滑坡变形机理及其综合治理措施，尤其是结合排土工艺研究排土规划，研究高台阶排土场优化参数，对于增加排土堆置容量，提高排土效率，减少占地和环境污染具有十分重要的意义。目前我国冶金矿山受征地条件限制，排土场不断向高排土场方向发展，已设计形成高达300m的大型覆盖式排土场。排土场稳定性直接影响下游设施的安全，目前此方面的研究成果较少。
4、,典型的矿山排土场一般建在靠近露天采场的山坡处，山 坡的自然坡度在520。近几年来，越来越多的山区露天 矿实践了将排土场设在沟谷中，使得排土场的堆积容量增 加，经济上合理，但随之而带来的是沟谷中的溪流通过排土 场底部渗流的方式通过，造成溪流水质的污染和暴雨季节排 土场内部水流作用而引起的排土场的稳定性问题。一般情况下排土场可以分为四种基本类型：即单台 阶排土场、压坡脚式排土场、护堤式排土场、叠加式或覆盖 式排土场，详见下图。,1 排土场分类,单台阶排土场,压坡脚式排土场,护堤式排土场,覆盖式排土场,单台阶排土场是最高的排土场。用来堆置从山坡顶或附近露天采场来的岩石。,压坡脚式排土场容纳从采场逐
5、渐降低的标高运来得岩石。这类排土场对于已形成的单台阶排土场具有坡脚支承作用，并能保持住在较高排土场的坡面上堆置软弱岩类,护堤式排土场也是容纳采场较低标高运来的岩石。当排土场地基存在不良岩层或存在松软岩土边坡时，这类排土场可以对高边坡排土场提供坡脚支撑，同时护堤式排土场适宜于在护堤和山坡之间堆置软弱土层。,覆盖式排土场在较平的谷底上形成，用于堆置与谷底标高相当或稍低的采场水平的废石。较低的台阶高度与平缓的山坡地基为容纳松软岩石提供了理想的条件。,在建设排土场时通常采用四种排土方式排土顺 序（有时同时使用），分为汽车直接排卸、推土机 推排、电铲倒装排土和胶带机排土方式。,汽车直接排卸,电铲倒装排土
6、,推土机推排,胶带机排土,汽车直接排卸是通常采用的排土方式，它的优点是利用岩石从汽车厢斗滑落所产生的惯性，产生最好的自然分级，粗的、坚硬的岩石集中在坡脚的底部。这种排土方式利于排土场的稳定,推土机推排主要用于平整排土场地和配合汽车排土，由于推土机排土方式缺少汽车直接排土时的惯性作用，因此，排土场的分选性差，难于形成底部大块的稳定性结构，对于稳定性要求较高的排土场不推荐推土机推排，推土机适用于平整排土场场地，为汽车直接排土创造一个良好的工作面。,电铲倒装排土主要用于铁路排土场的排土方式，排土作用类似汽车排土，也可以形成良好的自然分级。,胶带机排土连续，能力大，但排弃废石的粒度较小，一般小于350
7、mm。,排士工艺,露天矿山排土场按照排土场的地形条件、排土 工艺、排土方式、排土容积、地基土特征、周边 环境特征分为不同类型的排土场。由于相关规范 规定正在编制过程中，因此按照个人观点提出如 下分类，详见下表。,排土场初步分类与说明,排土场初步分类与说明,沉降压缩变形,滑 坡,泥石流,2 排土场灾害特征,排土场主要用于排弃露天采场矿体破碎围岩，根据国内外所产生滑坡 的排土场的调查分析，其排土场灾害主要为如下几种。,由于岩石自重的作用，排土场逐渐压实和沉 降的过程，即沉降压缩变形，根据其它矿山现场 观测资料，这一沉降过程要连续多年，其沉降压 缩率波动于1020%的范围内。沉降系数和沉降 压缩率是
8、反映废石沉降程度的物理量。这种变形 速度慢，幅度不大，破坏性小，对生产没有太大 的影响。,沉降压缩变形,排土场沉降压缩变形,1、排土场内部滑坡地基岩层稳固，由于物料的岩石力学性质，排土工艺及其外 界条件如外载荷，雨水等导致的排土场失稳现象，其滑动面出露 在排土场的不同高度处。详见下图。,滑 坡,2、沿地基接触面的滑坡滑坡沿着地基土的软弱接触带产生，虽然水平地基也会出现这类滑 坡，但多数在倾斜地基条件下发生，特别当废石堆置在倾角较陡的山坡 上时，对排土场很容易滑坡。详见下图。,滑 坡,3、软弱地基底鼓引起的滑坡由于地基中软弱岩层受排土场压力的作用面发生破坏，地基中出现 岩层滑移和底鼓等现象。从而
9、导致排土场滑坡。详见下图。,滑 坡,泥石流总产生在沟谷中或地上的一种饱含大量泥砂，石块和巨 砾的固液两相流体，它是各种自然应力和人为因素综合作用的结果。 它给自然环境和人们生产活动带来巨大的破坏和灾害。泥石流形成的三个条件：含丰富的固体物质、陡峻的地形和较大的沟床纵坡、有充裕的 水源。排土场在形成过程中，所用的物料和排土工艺都受设计控制， 所以在排土场内部不会产生软弱面。排土场堆积和形成完毕后，由 于沟谷型排土场的特点，大气降雨汇入下部沟谷中，土场内部开始 产生渗流，在降雨季节，流过排土场底部的水位比正常时节抬高， 下部土层和岩体含水量增大，强度会随之降低，下部风化岩受上部 排土场堆积物料的挤
10、压，强度降低较大，会形成新的软弱面。导致 整个排土场整体沿软弱面滑动。,泥石流,泥石流形成滑坡,滑坡后土场前缘开裂现象,排土场的安全防护对策措施应根据排土场的灾害特征采取 主动防护、预先处理、工艺调整、安全预警与设定防护距离等 多项措施。主动防护包括设置拦挡堆石坝、初始护堤、防排洪设施 等；预先处理一般针对软弱地基土地区采取，一般采用清除软 弱地基土、设施渗透层、清除表面植被等方法；工艺调整一般 是按照堆排物料特征、地基土特征及降雨特征等按照不同条件 下的排土场稳定性状况来调整排土场的堆排高度、排土工艺； 安全预警主要是建立排土场安全监测网，采取定期观测与实时 监测相结合的方式，对可能产生大的
11、滑动破坏排土场进行安全 预警，防止大的灾害发生。设定安全距离主要是根据下游设施的类型和排土场堆积高 度来划定排土场前缘与下游设施的安全距离。目前较为统一的 说法是排土场终了堆积状态时坡脚与下游设施（村庄等有人居 住设施）的距离大于排土场堆积高度的2倍。其它措施还包括软 弱围岩分排、削坡降段、排土场坡面复垦等。下面简要介绍主 要防护措施。,3 排土场安全对策措施,安全距离,堆石坝防护,01,防排洪措施,02,泥石流灾害防治,03,工艺调整,04,05,堆石坝防护主要针对沟谷型排土场，一般在设计排土场的下游沟谷出设置堆石坝，坝高一般1020m，在清基的条件下，采用堆石直接碓筑形成。堆石坝起到初期防
12、止小规模泥石流和堆排后保护排土场在沟谷方向上的坡脚的作用。堆石坝设计一般包括坝体材料、清基要求、分层碾压、干砌石护坡等内容。,堆石坝防护,已施工完成的堆石坝,一般情况下，排土场的防排洪主要针对沟谷型土场，主要预防排土场上部汇水对排土场造成的威胁。一般包括截洪沟和排洪硐等。按照排土场的设计条件可采用分期修建和一次性修建的方式，主要目的时间少排土场的汇水，提高排土场的稳定性。,防排洪措施,某矿区设计规模150万t/a。设计的号排土场位于露天采场的北侧沟谷中，有效容积425万m3，最终堆积标高272m。由于该沟谷正对下部采场，沟谷的自然地形坡度大，汇水急，易产生滑坡和泥石流等灾害，一旦强降雨，将对下
13、部露天采场产生巨大的威胁。因此，对该沟谷型排土场进行了稳定性分析并提出相应的安全对策措施。,矿区号排土场内有一近南北向的季节性河沟，它的流域面积约为0.3km2，在枯水季节流量较小，雨季流量较大，主河道通过排土场长度为525m。它流经号排土场的底部，直接威胁着排土场的稳定性。该排土场的边缘设计在距离露天采场边缘60m左右，原设计排土场有效容积为750万m3，最终堆置标高为272m，废石由东向西排放，现在废石场底边线已排到的沟谷的底部边缘，如果继续排放废石而不采取有效截、排水措施，上部沟谷中的降雨汇水将全部从排土场底下流过，会造成排土场的地基土性质的弱化和排土场内部水压力的升高，降低排土场的稳定
14、性，从而构成滑坡的隐患。因此，必须采取一定的截、排水措施，将整个排土场区的部分沟谷汇水排除排土场外，减少对排土场边坡稳定性的影响。,经过分析，选择导流堤、截洪沟方案：即在排土场北侧征地界线内谷底修筑导流堤，导流堤与西侧截洪沟相连。截洪沟在实际征地界限内顺西侧山坡修建，由于自然地形和征地界限的限制，截洪沟全长480.66m，经过三次陡坡跌水到达排土场东侧前缘进入露天采场，然后通过露天采场的截洪沟排出区外。另一部分大气降雨，由于难于产生集中汇流，对排土场的稳定性影响不大，将以排土场底部渗流的方式排出。,排土场区（前端为堆石坝）,截洪沟,上游导流堤,露天开采矿山排土场泥石流灾害防治一般分为两个方面，
15、第一是排土场区原始条件下的泥石流灾害防治；第二是排土场堆积后或生产过程中的泥石流灾害防治。通常条件下，排土场场址的选择尽可能避开可能产生泥石流的原始沟谷，如果通过比较难以规避，则需要在排土场堆积前完成原始沟谷的泥石流灾害防治，具体措施包括，疏排上游汇水、清除软弱土层、设置分级拦挡石坝。具体措施略。,泥石流灾害防治,排土场生产过程中的泥石流灾害防治应按如下步骤分阶段进行。第一、原始沟谷的泥石流灾害评价与综合治理；第二、排土产生产过程的泥石流灾害评价与治理对策；本过程主要是根据排土场的排岩计划，考虑不同年份排土场堆积状态条件下泥石流产生的可能性与对策措施，可采取工艺调整、控制对策、防治对策、预警机
16、制等措施；第三、排土场堆积完毕后的泥石流灾害防治。排土场终了堆积状态后，一般达到最大堆积状态，通常条件下排土场产生泥石流灾害的可能性减小，主要灾害表现为滑坡性灾害，因此相应的综合防治措施成为提高排土场稳定性和预防泥石流灾害的选择。,泥石流灾害防治,排土场的安全稳定性除与其排土场区的水文地质、工程地质条件相关外，最重要的是与排土场的堆积工艺相关，即排土场的形式、排土场高度、排土场物料特征、排土过程等。因此按照排土场区水文地质、工程地质条件提出的排土场堆排工艺、高度、过程成为保证排土场安全稳定的关键。因此排土场排土工艺应首先服从排土场的安全稳定性，其次是满足矿山生产的要求。,工艺调整,关于排土场与
17、下游设施的安全距离最早见于钢铁企业总图运输设计规范，后期规范也引用此规定。最新出版的钢铁企业总图运输设计规范（GB50603-2010）对排土场的安全距离进行如下规定。,安全距离,4.5.2不具有形成矿山泥石流条件，排水及整体稳定性、工程地质及水文地质条件良好的排土场的设计坡底线与其他设施、场地和居住区等的安全距离为：当设置防护工程措施时，应根据所采取工程措施的要求确定，当不设防护工程措施时，应按表4.5.2的规定确定，并符合下列规定。 1 、安全防护距离的计算，航道应由设计水位的水位线算起；建筑物、构筑物应由最近边缘算起；铁路、道路应由最外侧工程设施算起；工业场地应由厂（场）区边缘或围墙中心
18、线算起。 2 、对于规模较大（0.10万人以上）的矿山居住区、村镇及工业场地，安全防护距离应在表4.5.2中序号4规定的基础上适当加大。对于零星建筑物、构筑物及分散的个别农舍，安全防护距离可取表4.5.2中序号4规定的75%。 3 、当排土场采取分层堆置，且各层间留有宽2030m的安全平台时，4.5.2中序号1、2规定的安全防护距离可减少25%。 4 、当排土场坡底线外地面坡度大于1:2.5时，排土场设计最终坡底线与国家铁路和公路干线、航道、高压输电线铁塔等重要设施间应根据需要设置防滚石危害措施。,安全距离,注：1、对于序号1的取值范围，当排土场坡底线外地面坡度不大于1:5时取下值，等于1:2.5时取上值；2 、表中H为排土场设计最终堆置高度。,4.5.2 排土场的设计最终坡底与其他设施、场地和居住区等的安全防护距离（m）,4 排土场安全与环境保护设计,排土场设计一般应符合环保的要求，一般应设在居民区和 工业建筑常年最小频率风向的上风侧和生活水源的下游。排土 场堆置完毕后应进行表面和坡面复垦。其它安全要求一般应满 足相关规范规程的要求。具体有金属非金属矿山安全规程、 非煤矿山排土场安全生产规则、钢铁企业总图运输设计 规范、有色冶金排土场设计规范。目前冶金矿山排土 场设计规范正在编制中。,5 排土场事故分析,
