齊大山鐵礦排土場增高擴容穩定性分析

李傳林 王永增 王 瑞

(鞍鋼礦業集團齊大山鐵礦，遼寧 鞍山 114043)

齊大山鐵礦排土場增高擴容穩定性分析

李傳林 王永增 王 瑞

(鞍鋼礦業集團齊大山鐵礦，遼寧 鞍山 114043)

由于露天礦開采量的增大和土地資源的緊缺，迫使企業在老排土場上進行增高擴容，由此引起的安全問題日益突出。以齊大山鐵礦某排土場為例，分析驗算該排土場增高擴容方案的可行性。通過室內實驗取得的邊坡散體力學參數，根據工程地質勘察成果建立排土場邊坡模型，利用極限平衡法計算排土場分別坐落于基巖、黏土層之上，邊坡體內無地下水，低水位、高水位情況下的邊坡安全系數，獲得了地下水對于排土場邊坡安全的影響規律；尤其是當排土場坐落于黏土層之上時，邊坡安全系數隨著地下水位的不斷升高而迅速降低，嚴重影響邊坡安全。由排土場180～230 m不同高度的邊坡穩定性分析可知，在180～220 m，排土場安全穩定性系數由1.122降到1.116；而在230 m，安全系數則增長到1.142。所獲邊坡穩定性隨地下水位和邊坡高度的變化規律為邊坡安全性評價及整治方案確定提供了有力依據。

排土場 邊坡 地下水 高度 穩定性分析

目前，隨著人們對資源需求的增大，促使我國礦業生產速度不斷加快，造成了排土場面積正在以每年340 km2的速度迅速增長，然而企業面臨著征地難度大、搬遷費高等因素，為了滿足生產要求不得不進行排土場增高擴容[1]。由于排土場為廢棄散體巖石堆積而成，隨著高度的增高，其發生各種地質災害的可能性逐漸增大，因此，保證排土場的穩定性對排土工程安全與礦山生產順利進行具有重要的意義[2-3]。目前國內外對這種松散體堆積而成的排土場邊坡穩定性研究，多采用極限平衡等常用的邊坡穩定性分析方法[4-6]，結合排土場散體物理力學及排土工藝研究，系統地開展排土場邊坡穩定性分析[7-8]。本研究以齊大山鐵礦某排土場為例，主要分析水文地質條件及排土場邊坡高度等因素對排土場穩定性的影響，對增高擴容方案進行合理性評價，為確定排土場邊坡整治方案提供有力依據。

1 工程概況

鞍鋼集團鞍山礦業公司齊大山鐵選廠位于鞍山市千山區齊大山鎮桃園村內，該選礦廠膠帶機排土場位于該廠露天采坑東邊、風水溝尾礦庫北面。排土場所在地區地貌類型屬低山丘陵地貌，區內人工活動強烈，形成廢礦石堆積、礦石采挖等人工地貌。本場地地下水類型為第四系孔隙潛水，地下水補給來源為大氣降水，排泄方式為大氣蒸發及植物蒸騰作用。該排土場于2004年用擴幫排巖形成100 m和140 m 2個臺階，膠帶機排巖形成200 m臺階，上排形成213 m平臺；近年來用擴幫排巖在213 m平臺上又加高至230 m，而排土場設計標高為206 m，現已大大超過設計標高，故需要對該排土場進行穩定性評價。

2 排土場穩定性分析

主要通過對排土場不同空間位置上的試樣進行室內試驗分析，獲得穩定性計算所需的力學參數，根據現場地質勘查結果建立排土場邊坡模型，利用極限平衡法中對各工況進行穩定性計算分析，以下主要通過水文地質條件和排土堆置高度2個因素對礦山排土場穩定狀態進行分析。

2.1 水文地質條件對排土場穩定性影響

降雨和地表水對于排土場穩定性影響很大，有時起著決定性的作用，據調查資料，礦山因水文條件而造成排土場滑坡示例約占總數的50%。這說明了排土場物料中含水量高，或受水的浸潤大大降低了其力學性質和穩定性。

地下水存在于排土場與基巖面處，低水位、高水位情況下，排土場分別坐落于基巖、黏土層上時，排土場邊坡整體安全系數分布情況、滑動面位置如圖1、圖2所示。

圖1 排土場坐落于基巖上穩定性分析

圖2 排土場坐落于黏土層上穩定性分析

通過以上邊坡穩定性分析可知，地下水對于排土場邊坡存在一定影響，特別是排土場坐落于黏土層之上時，整體安全系數迅速降低，嚴重影響邊坡安全。

2.2 排土堆置高度對排土場穩定性影響

排土堆置高度對于排土場穩定性的影響同樣是不可忽視的因素，排土場高度及物料的壓實程度不一樣，排土線延伸速度也不同。圖3是當排土場堆置高度不同時，計算得出的各個高度情況下的邊坡安全系數分布情況。

由排土場高度為180～230 m時的邊坡穩定性分析可知，在180～220 m，排土場安全穩定性系數由1.122降到1.116，而在220～230 m，邊坡安全系數則增長到1.142。由此可知，隨著排土場在一段時間的沉降固結，其邊坡散體顆粒的抗剪強度有所增加，導致了排土場的穩定性增加。

3 結 論

(1)從排土場穩定性機理以及泥石流的形成過程來看，水的作用主要表現在對固體物質的浸潤作用和沖蝕攜帶作用。地下水存在于排土場，當排土場坐落于基巖層之上時，邊坡安全系數變化不大，而當排土場坐落于黏土層之上時，排土場邊坡整體安全系數迅速降低，這時地下水對邊坡的安全穩定影響較大，這主要是地表水浸潤到排土場底部與地基的接觸帶，并降低其抗剪強度而形成了軟弱帶造成的。因此，地下水作用會降低排土場的穩定性，如果排水不暢而導致排土場全飽和，則排土場可能會發生滑坡。

圖3 不同堆置高度條件下排土場穩定性分析

(2)排土場高度180～220 m時，排土場穩定性隨著高度的增加而逐漸減小，而在220～230 m則是一個邊坡安全系數的轉折點，安全穩定性系數有所增加。邊坡在排土場邊坡角度小于散體自然安息角的情況下，其穩定性隨著高度的增加出現安全系數的增長，這可能是由于排土場經一段時間的沉降固結，隨著散體顆粒的抗剪強度增加，因此排土場的穩定性增加。

[1] 王 瑞，王永增，陸占國.齊大山排土場邊坡參數優化及穩定性分析[J].金屬礦山，2013(2)：41-43. Wang Rui，Wang Yongzeng，Lu Zhanguo.The slope optimization and stability analysis of Qidashan waste dump[J].Metal Mine,2013(2):41-43.

[2] 石建勛,劉新榮,廖紹波,等.礦區排土場堆載對邊坡穩定性影響的分析[J].采礦與安全工程學報,2011,28(2):258-262. Shi Jianxun，Liu Xinrong，Liao Shaobo，et al.Analysis of slope stability affected by load of waste dump of mining area[J].Journal of Mining & Safety Engineering，2011,28(2):258-262.

[3] 徐永剛.影響排土場邊坡穩定因素的探討[J].中國礦業,2000(9):72-73. Xu Yonggang.The discussion of the factors affecting mine slope stability[J].China Mining,2000(9):72-73.

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[7] 許志中,張海峰.歪頭山鐵礦上盤排土場穩定性研究[J].礦業工程,2007,5(l):12-15 Xu Zhizhong，Zhang Haifeng.The stability research of Waitoushan waste-dump[J].Mining Engineering,2007,5(l):12-15.

[8] 徐 燕,佴 磊,丁黃平.南芬鐵礦大東溝排土場穩定性分析與治理對策[J].金屬礦山,2007(4):19-22. Xu Yan，Nie Lei，Ding Huangping.Stability analysis of Dadonggou dumping site in Nanfen Iron Mine and related measures[J].Metal Mine,2007(4):19-22.

(責任編輯 徐志宏)

Stability Analysis of Capacity Increase and Heightening Progress of Qidashan Waste Dump

Li Chuanglin Wang Yongzeng Wang Rui

(QidashanIronMineofAnshanIron&SteelGroupCorporation，Anshan114043,China)

Due to the increase of open-pit exploration and shortage of land resources，the firms have to increase capacity in old dumps，that induced the security problem increasingly prominent.Taking a waste dump of Qidashan Iron Mine as a case，the feasibility for the capacity increase and heightening of the dump was analyzed.With the use of mechanical parameters obtained from the indoor experiments，slope model of waste dump was established based on the engineering geological investigation.The limit equilibrium method was adopted to calculate the slope safety factor of a dump without ground water or under low water，high water level in Qidashan Iron Mine，which is located on bedrock or clay layer，and obtain the influencing law of groundwater on mine slope safety.Especially when the dump is located in the clay layer，the slope safety factor falls rapidly as the underground water level raises，which seriously influences the slope safety.Through analyzing the slope stability at dump height of from 180 m to 230 m，it is shown that，within the range of from 180 m to 220 m，the dump safety coefficient is declined from 1.122 to 1.116，and at 230 m，the safety factor is increased to 1.142.The law of the slope stability under the changes of the water level and slope height provides a powerful basis for the slope safety evaluation and the determination of the regulation scheme.

Waste dump，Slope，Groundwater，Height，Stability analysis

2015-01-26

李傳林(1961—)，男，主任，工程師。

TD824.8

A

1001-1250(2015)-04-166-03