浅谈排土场灾害及防治技术
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作者: 严荣华 赖健
[摘 要]排土场是露天矿山工程灾害的易发部位，是安全生产的一个重要危险源，加强排土场灾害防治对矿山企业有重大意义。文章分析了排土场的类型及其成因、排土场灾害的影响因素，并总结了排土场灾害的防治技术。
[关键词]排土场；露天矿山；灾害防治
中图分类号：TD80 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0393-01
排土场又称废石场，是指露天矿山采矿排弃物集中排放的场所。排土场作为矿山接纳废石的场所，是露天矿开采的基本工序之一，是矿山组织生产不可或缺的一项永久性工程建设。其位置选择、建设质量、经营管理、安全稳定在矿山生产时期以至闭坑后相当长时期内都会对矿山企业产生重要影响。为确保正常生产，各矿山对排土场管理都很重视，排土场管理成本投入也在不断增加。但由于排土场在建设和使用过程中对各种影响因素考虑不周，比如排土场选址缺乏科学论证、忽视排土场的建设质量、生产经营管理不到位等，常导致排土场灾害发生，给矿山和社会带来严重危害。
1 排土场灾害类型及其成因
排土场灾害的类型因地质、地理、气候等自然条件不同而异，按其对环境危害的形式，大体分为3种：一是排土场滑坡，因松散固体大规模错动、滑移对环境造成的破坏性危害；二是排土场泥石流，液固相流体流动对环境形成的破坏性危害；三是排土场环境污染，气体或液体携带有害粉尘或泥沙对环境造成的污染性危害。
1.1 排土场滑坡
排土场滑坡是排土场灾害中最为普遍、发生频率最高的一种，包括排土场内部的滑坡、沿排土场与基底接触面的滑坡、沿基底软弱层的滑坡三种类型。这三种类型的滑坡机理上是大体相同的，但是在成因上有所区别。
1.2 排土场泥石流
泥石流的形成有三个基本条件：一是泥石流区含有丰富的松散岩土；二是山坡地形陡峻和较大的沟床纵坡；三是泥石流区的上中游有较大的汇水面积和充足的水源。
矿山工程中筑路开挖的土石方、坑道掘进排弃的废石、矿山开采表土剥离的土石方以及露天矿排土场堆积的大量松散岩土物料都给泥石流的发生提供了丰富的固体物料来源。此外，大部分矿山排土场都建在山沟里，使得排土场的汇水面积较大和具有较大的沟床纵坡，在集中降雨的情况下，便有可能发生排土场泥石流。
1.3 排土场环境污染
矿山排土场作为矿山开采中收容废石的场所，其中必然存在大量的细微固体颗粒，无论使用何种排土工艺，在卸土和转排时，都会产生大量的粉尘，随风四处飞扬，不仅危害作业人员的身体健康，而且还危害排土场周围环境造成危害，污染空气和农作物。排土场一般都处在较高的位置，随着风力的加剧，污染范围也会扩大。此外，排土场因水土流失造成的水系污染对生态环境的影响也是很大的。
2 排土场灾害的影响因素
2.1 基底承载能力。
排土场稳定性要分析基底岩层构造、地形坡度及其承载能力。通常矿山排土中，基底不稳引起滑坡的占32%～40%.当基底坡度较陡，大于或接近排土物料的内摩擦角时，容易产生沿基底接触面的滑坡。若基底为软弱岩层而且力学性质低于排土场物料的力学性质时，则软弱基底在排土场荷载作用下必产生底鼓或滑动，然后导致排土场滑坡。
2.2 排土工艺。
不同的排土工艺形成不同的排土场台阶，其堆置速度、堆置高度、压力对基底土层孔隙压力的固结和消散都密切相关，对上部各台阶的稳定性起着重要作用，是导致排土场滑坡的重要因素。
2.3 排土场岩土力学性质。
根据松散介质理论，当基底稳定时，坚硬岩石的排土场高度，在其边坡角等于自然安息角条件下可以达到任意高度。然而，往往由于排土场岩石构成的不均匀性和外部荷载的影响，使得排土场高度受到限制。
2.4 地下水与地表水。
排土场物料的力学性质与湿度和含水量有着显著地关系，当物料的湿度较小时，随着湿度的增加，黏结力和内摩擦角逐渐上升，若湿度继续增加则力学参数将下降，直到饱和状态时，便对排土场有破坏性的影响。据统计，我国露天矿山排土场由于雨水或地表水作用而引起滑坡的例子占50%左右。
3 排土场灾害防治技术
3.1 选择最合适场址建设排土场
要从优选水文和工程地质条件、植被及周边环境等因素入手，进行合理设计。避开塌方、泥石流、滑坡、地下河、破碎带、断层、软弱基底等不良地质区，避免跨越流水量大的沟谷等不利因素，适当改造环境工程地质条件，使之适应实际需要。
3.2 改进排土工艺
铁路运输时采用轻便高效的排土设备（如推土机、前装机等）进行排土，可以增大移道步距，提高排土场的稳定性。合理控制排土顺序，避免形成软弱夹层（即潜在滑动面）。同时将坚硬大块岩石堆置在底层以稳固基底，或将大块岩石堆置在基底以压实和固结，也有助于上部后续台阶的稳定。
3.3 处理软弱基地
若基地表土或软岩较薄，可在排土之前开挖掉，若在3～5m以上，挖掉是不经济的，则要控制排土强度和一次堆置高度，以使基底得到压实和逐渐分散基底的承载压力。也可用爆破法将基底软岩破碎，这不仅增大抗滑能力，还可在底层形成排水层。
基底含水将浸润排土场下部岩石而产生滑动。可在场地周围开挖排水沟，降低地下水位，在排水沟内充填透水材料，坡度不小于2%，如果基底面低洼积水，则要开挖排水涵洞。若基地内有承压水，则要事前疏干，不让静水压力造成隔水层底鼓，导致地下水穿透隔水层进入排土场。此时有效的疏干措施是打管道式降水井。
3.4 疏干排水
地表水和雨水对于排土场滑坡和泥石流起着重要作用，因此需要采取一系列的工程措施进行水的治理和疏排工作。首先对排土场上方山坡汇水截流，将水疏排到外围的低洼处。其次是排土场平台本身的汇水不致侵蚀和冲刷边坡，而将平台修成3度左右的反坡，使水流向坡跟处的排水沟而排出界外。然后在排土场下游沟谷的收口部位修筑不同形式的拦挡坝（片石过水坝、竹笼坝、铁丝笼坝及拦洪坝等），起到拦挡排土场泥石流、防止污染农田的作用。
3.5 修筑护坡挡墙和泥石流消能设施
为稳固坡角，防止排土场滑坡，可采用不同形式的护坡挡墙。它们是坚硬的石块堆置成的块石重力坝，透水性好，施工简单，造价便宜，能阻挡泥沙和滑坡。
将坚硬岩石预先堆置在可能产生潜在滑动面的位置上，排土场形成后便成了预先埋设的抗滑挡墙。同时它将改善水的排泄和排土场内部的疏干。
3.6 排土场复垦
在已结束施工的排土场平台和斜坡上进行复垦（植树和种草），可以起到固坡和防止雨水对排土场表面侵蚀和冲刷的影响，尤其堆置的是表土和风化岩石时，这种植被的效果比较明显。植被的根系可以加固排土场表面的岩石，阻止雨水往内部渗透，植物本身也吸收大量的水分。排土场植被要结合排土场作业计划统一规划，首先因地制宜，确定适宜种植的植物种类，然后根据排土台阶的形成顺序，进行场地平整、播种或栽植，并有专人施肥、浇水和维护，以获得较高的成活率。
例如：江西永平铜矿排土场含表土及强风化岩石较多，排土场进行了综合治理，收到良好效果。三年来排土场植被面积已达20多公顷，普遍种植了马尾松、小斑竹和芮草等植物，其复垦率已达60%。植被对于排土场固表护坡，防止雨水的冲蚀，以及绿化环境起到良好的作用。
4 结语
排土场作为矿山接纳废石的场所，是露天矿开采的基本工序之一，是矿山组织生产不可或缺的一项永久性工程建设，在露天矿山企业中起着无可替代的作用。但是如果排土场管理工作不到位，措施跟不上，排土场灾害防治不及时，就会 给企业和社会带来重大危害。因此，矿山企业必须对排土场的管理给予足够的重视，必须根据矿山实际情况，因地制宜地采取有效措施，防患于未然，让其更好地为矿山建设服务。
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