探討礦山排土場泥石流的機理與防治應(yīng)用

王頌軍

（四川省冶勘設(shè)計集團有限公司，四川成都 610051）

排土場是礦山在開采作業(yè)的過程中，需要將剝離后礦體表土、巖層進行堆放形成，是產(chǎn)生泥石流等災(zāi)害事故的高發(fā)點，會對礦山的正常生產(chǎn)經(jīng)營活動造成嚴重的影響，威脅作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全。因此，須對礦山排土場的泥石流災(zāi)害問題給予高度的重視，對礦山排土場形成泥石流災(zāi)害的機理，進行全面且深入的分析。礦山企業(yè)應(yīng)充分結(jié)合本礦區(qū)的氣候環(huán)境、排土場的實際結(jié)構(gòu)特點等，確定科學的防治方案，采取有效的預(yù)防和治理措施，避免礦山排土場發(fā)生泥石流災(zāi)害，保證礦山生產(chǎn)作業(yè)的安全，促進我國礦山建設(shè)的健康發(fā)展。

1 礦山排土場泥石流機理分析

為了對礦山排土場形成泥石流災(zāi)害的機理開展深入研究，在對礦山排土場發(fā)生泥石流案例數(shù)據(jù)總結(jié)的基礎(chǔ)上，通過對泥石流發(fā)生情況模擬分析，形成機理的全面分析。在模擬分析中，綜合考慮了礦山排土場松散體的不同質(zhì)量和體積、降雨強度、泥石流形成的時間、流量、流速、增加體的高度、長度、寬度和體積等各項參數(shù)。根據(jù)模擬試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合泥石流發(fā)生時的實際觀測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，導致礦山排土場發(fā)生泥石流災(zāi)害的主要形成機理是排土場的堆積物整體結(jié)構(gòu)較為松散，其坡面易發(fā)生滑坡，導致泥石流形成。礦山排土場在暴雨或持續(xù)降雨的影響下，易誘發(fā)泥石流災(zāi)害。

1.1 礦山排土場堆積物松散結(jié)構(gòu)導致泥石流的機理分析

由于礦山排土場表層大多為土體堆積物，當有雨水滲入時，土體基質(zhì)間的相互約束力會不斷下降，當滲入雨水達到一定量時，其相互作用力可能完全消失，會造成礦山排土場內(nèi)有孔隙水產(chǎn)生。當孔隙水不斷增加時，孔隙水壓力會相應(yīng)加大，并導致土體產(chǎn)生剪脹。排土場土體在剪脹作用的影響下，其斜坡土體會出現(xiàn)變形現(xiàn)象[1]。土體孔隙水超過飽和狀態(tài)時，土體會在入滲水的影響下形成應(yīng)變軟化，在軟化達到極值后轉(zhuǎn)移剪應(yīng)力，對相鄰土體造成進一步破壞。如果排土場土體內(nèi)剪應(yīng)力實現(xiàn)了全面貫通時，會造成排土場坡體的所有松散堆積物同時下滑，土體在下滑過程中會逐步解體，產(chǎn)生泥石流災(zāi)害。當?shù)V山排土場發(fā)生泥石流災(zāi)害時，通常有滑坡現(xiàn)象存在，并在滑坡時形成泥石流，說明泥石流形成的前提是發(fā)生滑坡。在形成泥石流后，泥石流在其下滑過程中會進一步造成礦山排土場堆積物結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，加大了災(zāi)害程度。泥石流形成的物質(zhì)來源是滑坡提供的滑坡體，是泥石流形成的重要基礎(chǔ)條件。

1.2 礦山排土場在暴雨條件下形成泥石流的機理分析

礦山排土場在暴雨因素的影響下，易導致泥石流災(zāi)害的形成，主要由于排土場堆積物相對松散。當遭遇暴雨時，雨水會大量匯集在礦山排土場地表，形成水流較為強勁的地表徑流。雨水會對排土場表面產(chǎn)生強烈、快速的沖刷侵蝕作用，侵蝕能力會隨著沖刷水流流量的增加而不斷加大，雨水會與礦山排土場內(nèi)的各種碎屑物混合。隨著混合物增加體積的不斷增加，礦山排土場內(nèi)固體顆粒間的約束力小于增加體的重力，當?shù)V山排土場坡摩擦力小于其固體顆粒間的阻力與水動力之和時，排土場坡面顆粒會出現(xiàn)下滑的現(xiàn)象，進而形成泥石流災(zāi)害。

1.3 礦山排土場在持續(xù)性細雨條件下形成泥石流的機理分析

當?shù)V山排土場所在區(qū)域發(fā)生持續(xù)降雨時，短時雨量可能相對較小，但在雨水的長期浸潤作用下，場內(nèi)松散堆積物的重力會相應(yīng)加大，相互約束力及摩擦力會不斷下降，滲流動水壓力會對堆積物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生進一步破壞。超過極限值時，松散堆積物會沿礦山排土場坡面方向下滑，產(chǎn)生泥石流災(zāi)害。因此，在持續(xù)細雨條件下形成泥石流的基本機理是由于礦山排土場內(nèi)的碎屑物質(zhì)吸水過飽和，導致松散堆積物的剪切力小于土體內(nèi)應(yīng)力。

2 防治礦山排土場形成泥石流的主要措施

2.1 采用攔蓄防治措施

防治排土場泥石流災(zāi)害時，可以采用攔蓄措施，在礦山排土場內(nèi)設(shè)置泥石流溝道，通過筑壩方式實現(xiàn)對泥石流的有效攔截，達到災(zāi)害治理的目的。以攔蓄為主的防治措施主要適用于礦山排土場堆積物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差、不具備停淤、排導條件、泥石流災(zāi)害高發(fā)的礦山排土場。在實際應(yīng)用中主要在泥石流溝道內(nèi)設(shè)置攔沙壩，對泥沙進行攔截，提高排土場溝床、邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免形成泥石流。在治理中可以結(jié)合植樹造林等方式進一步固定邊坡，以提高防治效果。

2.2 采用排導結(jié)合防治措施

如果礦山排土場下游具備筑壩、停淤條件，其周邊地區(qū)地形適合進行排導，如無法利用泥石流溝道進行攔截，可采取排導治理方式，以防治泥石流災(zāi)害的發(fā)生，保證礦山作業(yè)的安全。

2.3 結(jié)合生物治理的防治措施

如果礦山排土場規(guī)模相對較小，主要由坡面滑坡、水土流失等因素引發(fā)的泥石流災(zāi)害時，應(yīng)將防治的重點放在水土流失的治理方面，可在采取工程措施的同時，結(jié)合生物工程技術(shù)，采取種草、植樹造林等方式利用植被覆蓋實現(xiàn)對滑坡體的有效固定[2]。如果排土場坡度較大時，可以設(shè)置排洪溝、混凝土條格以控制滑坡，可以采取修筑攔排壩等方式防治泥沙流失，切斷泥石流形成的物質(zhì)來源，以達到防治泥石流形成的目的。

2.4 綜合采用多種防治措施

在確定防治措施時，應(yīng)首先全面收集礦山排土場的主要泥石流災(zāi)害類型資料，如果屬于多種類型并發(fā)或以滑坡性泥石流為主的礦山排土場，應(yīng)綜合采用停淤、攔截、排導等不同措施對泥石流災(zāi)害進行全面治理。應(yīng)有機結(jié)合農(nóng)業(yè)、生物措施等提高防治效果，對泥石流災(zāi)害進行準確預(yù)報，以提高礦山排土場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證礦山生產(chǎn)作業(yè)的安全。

2.5 采用控制水動力的防治措施

水動力是誘發(fā)礦山排土場形成泥石流的重要因素，在防治泥石流時，應(yīng)將治水作為治理的重要環(huán)節(jié)。對水動力較為豐富的礦山排土場，由于其堆積物的含水率相對較高，易形成稀性泥石流災(zāi)害。在防治過程中應(yīng)設(shè)置引排水設(shè)施等對排土場水量進行調(diào)節(jié)，通過削減洪峰、引流等方式，使排土場內(nèi)地表徑流量降低，有效控制水動力。在實際應(yīng)用中可以采用修建攔排壩、結(jié)合植樹造林等措施，減少徑流量和滑坡沙石量，以達到防治泥石流的目的。

3 礦山排土場泥石流的機理與防治應(yīng)用實踐

3.1 礦山排土場形成泥石流的機理分析

某礦山排土場主要為尾礦庫，其堆積物中有大量有毒、有害物質(zhì)。因此，為了防止形成泥石流，影響周邊生態(tài)環(huán)境、礦山企業(yè)的正常生產(chǎn)作業(yè)，應(yīng)準確判斷其是否具備泥石流形成的基礎(chǔ)條件。

3.1.1 礦山排土場泥石流形成的物源條件分析

由于該礦山排土場的巖體主要為節(jié)理發(fā)育的大理巖、紅黏土、適應(yīng)云母片巖等，堆積物中包括大量的廢棄渣土，嚴重的風化巖體、松散堆積物均為該礦山排土場泥石流的形成提供了物源條件，因此，該排土場發(fā)生泥石流災(zāi)害的風險系數(shù)較高。

3.1.2 礦山排土場泥石流形成的地形地貌特點分析

該礦山排土場規(guī)模較大、邊坡坡度較陡，相對高差達到500 m以上，表面為裸露的松散巖土體，無植被覆蓋，其地形地貌條件較易于誘發(fā)泥石流的形成。

3.1.3 該礦山排土場泥石流形成的水源條件分析

該礦山排土場所在區(qū)域降雨較豐富，大部分為集中降水，為泥石流的形成提供了水動力基礎(chǔ)。

結(jié)合該礦山排土場泥石流的形成基礎(chǔ)條件分析，其在受暴雨、持續(xù)降雨、排土場結(jié)構(gòu)等因素影響下，均可能導致泥石流的形成。

3.2 礦山排土場防治泥石流形成的有效途徑分析

3.2.1 堅持排土場泥石流治理的基本原則

在確定礦山排土場的具體防治措施時，應(yīng)檢測以預(yù)防位置的基本原則，將預(yù)防與治理工作有機結(jié)合，應(yīng)采取必要的工程治理措施，加強對排土場邊坡、溝谷的治理。應(yīng)充分運用生物治理等先進的防治理念，因地制宜地制定科學的防治方案，將礦山排土場泥石流的治理工作與周邊地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃、社會經(jīng)濟發(fā)展需要結(jié)合，以實現(xiàn)對排土場的科學防治。

3.2.2 該礦山排土場泥石流防治方案分析

由于該礦山排土場泥石流活動頻繁且類型相對單一，其周邊區(qū)域不具備修建攔擋設(shè)施的地質(zhì)條件，無固定泥石流流通區(qū)存在，因此，無法采用設(shè)置攔擋或攔蓄設(shè)施的防治方式。由于該排土場在持續(xù)使用中，礦山企業(yè)需要不斷向場內(nèi)堆放廢棄渣土，不具備采用生物治理措施的條件。根據(jù)對各種因素的綜合分析后，確定應(yīng)將該排土場的防治工作重點放在治水方面。在防治實踐中采取了設(shè)置防洪截水溝的方式，在突出所有臺階均應(yīng)布設(shè)排水溝、截水溝，其應(yīng)與坡腳間應(yīng)保持1.5 m的間距。在日常管理中應(yīng)做好排堵清淤工作，確保排水設(shè)施功能可正常發(fā)揮作用，達到防止泥石流形成的目的。

4 結(jié)語

為防止排土場發(fā)生泥石流災(zāi)害，減少礦山工作人員的傷亡、經(jīng)濟財產(chǎn)損失，應(yīng)對礦山排土場形成泥石流的基本機理進行深入的分析研究，應(yīng)積極總結(jié)經(jīng)驗，根據(jù)各礦山排土場的具體環(huán)境條件、排土場結(jié)構(gòu)特點等采取有效的防治措施。通過治水、對礦山排土場的綜合性治理，消除礦山排土場的風險隱患，保證礦山生產(chǎn)作業(yè)的安全，推動我國礦山事業(yè)的健康發(fā)展。