甕福磷礦排土場北側邊坡穩定性分析及控制措施

李再揚

（甕福（集團)有限責任公司）

近年來，露天礦排土場邊坡失穩、滑坡所引發的災難性事故時有發生，嚴重威脅著礦山企業安全生產和區域社會經濟發展［1］。排土場是露天礦山堆存廢石的必要場所，作為一項相對永久性的工程構筑物，其穩定性是礦山正常安全生產的關鍵因素［2］。對此，諸多學者和專家進行了大量的研究，取到了許多有益的科研成果［3-4］。但是，露天礦山排土場邊坡穩定性影響因素復雜，每個排土場邊坡都具有其自身不同的特點和不可復制性。在進行排土場邊坡穩定性分析和控制措施制定時應具體情況具體分析［5-6］。本研究以甕福磷礦排土場北側邊坡為例，基于對該排土場邊坡穩定性影響因素的分析結果，采用邊坡穩定性分析軟件和野外實測相結合的研究方法，對該邊坡穩定性進行分析，并提出合理的控制措施。

1 工程概況

甕福磷礦排土場位于貴州省甕安縣境內，西南距貴陽市82.05 km，北距甕安縣城11.24 km，有村級公路、礦山公路和道新高速相通，交通條件便利。

該排土場于2008 年始建并投入使用，排土場為汽車運輸—推土機排土方式，水平臺階排棄，臺階高度為30 m，排土場設計堆積廢石容量為1.9 億m3，截至目前，排土場北端坡面已形成+1 070～ +1 100 m、+1 100～1 130 m、+1 130～+1 160 m、+1 160～+1 190 m、+1 190～+1 220 m、+1 220～+1 250 m、+1 250～+1 280 m、1 280～+1 310 m 和+1 310～+1 340 m 共9 個排土臺階，其中+1 310～+1 340 m 臺階為目前主要排土區域，堆高達270 m，排土場現狀如圖1所示。

2 水文地質及工程地質條件

2.1 氣象及水文地質條件

甕福磷礦排土場地處亞熱帶季風氣候，平均降雨量為1 135.1 mm，最大年降雨量為1 375.4 mm，最大月降雨量為346.6 mm，最大連續降雨量為200.6 mm，最大日暴雨量為146 mm。每年4 月中旬至11 月為雨季，其中又以4—6月雨量最集中，占年降雨量的39.3%～53.8%，且多雷暴雨。

排土場所屬區域內河流多屬烏江水系，場區內地下水來源于大氣降水，溝谷為排泄基準面，溝谷兩岸地表沖溝較發育，地下水主要賦存于覆蓋層至基巖強、弱風化帶及節理裂隙中，主要靠大氣降水直接沿地表垂直分散補給。區域內地下水主要補給水源為大氣降水滲透。各含水層承受降水的補給后，由于層間受隔水層的阻隔，互不發生水力聯系，各自由分水嶺地帶沿主要構造軸線方向向地勢低洼的河谷地區移動。地表無大的地表水體，僅有辣菜沖及南堡溝2條溪流對排土場充水有直接影響。

2.2 工程地質條件

由排土場區域工程地質調查資料和鉆探情況知，排土場出露地層（由老至新）為青白口系板溪群，南華系上統南沱組，震旦系下統洋水組和上統燈影組，寒武系下統牛蹄塘組和明心寺組，第四系素填土和粉質黏土。排土場區域地層巖性特征見表1。

3 排土場邊坡穩定性影響因素分析

排土場邊坡穩定性影響因素主要包括內在因素和外在因素2個方面，其中內在因素主要包括地質因素和排棄物物料性質等，外在因素主要包括水的影響和排棄工藝等［3-4］。

3.1 內在因素

（1）地質因素。排土場區內基巖屬穩定的巖石類型，地質構造簡單，斷裂構造不發育，含水巖系白云巖巖溶發育較弱，溶洞充填率普遍較高。排土場區內除F19、F15、F27、F28 和F51 共5 條斷層走向延長大于1 000 m 外，一般小于200 m。排土場區斷層破碎帶系膠結良好的角礫巖，巖溶發育微弱。排土場區自然地質條件總體穩定。

（2）排棄物物料性質。甕福磷礦排土場排棄物物料以白云巖廢石為主，在白云巖廢石層上有一層厚約5 m 的沖洪積和殘坡積層，該層為松散物物料堆積層，對排土場邊坡穩定影響較大。但是，在排棄物物料重力和運輸及推排設備碾壓雙重作用下，會出現一定程度的沉降和固結，且排棄物物料黏聚力得以部分恢復，排土場穩定性在一定程度上得以提高［5］。

3.2 外在因素

（1）水的影響。排土場為溝谷型，原溝谷溪流方向設置涵洞，排土場溝內積水在上游由排洪涵洞引走；排土場溝內地下水主要為大氣降水滲流，排土場溝谷兩岸地表沖溝較為發育，地下水主要賦存于覆蓋層、基巖層風化帶和節理裂隙中，補給方式為大氣降水沿地表垂直分散補給。

（2）排棄工藝。排土場為汽車運輸—推土機排土方式，水平臺階排棄，臺階設計高度均為30 m，排土場設計堆積廢石容量為1.9 億m3，以1 070～1 100 m開始為第一排棄階段，隨后按30 m段高向上起段。廢石排棄工作線設計長度為300 m，按照功能劃分為排棄區、平整區和準備區3 個區段，排棄工作平臺設計寬度為54 m，臺階坡面角為37°。各臺階排棄末端需保留20 m 安全平臺，排土場總體邊坡角為25°～28°。

綜上所述，甕福磷礦排土場基巖較為穩定，排土場場地工程地質條件較好，排棄物物料性質松散，在排棄一定時間及車輛碾壓后會出現一定程度的沉降和固結，總體穩定性良好。排土場內水源補給分散，排水措施良好，排土場穩定性受水的影響較小。因此，在維護排土場穩定性時，只需對排土場內部滑坡進行預防即可。

3.3 排土場穩定性計算

排土場邊坡角、安全平臺寬度和臺階高度是影響排土場邊坡穩定性的關鍵因素［3-5］。為了分析甕福磷礦排土場北端坡面穩定性，以北端坡面A-A剖面（圖2）為分析對象，按照排土場邊坡角為37°、安全平臺寬度為20 m和臺階高度為30 m的現場實際排土參數，采用邊坡穩定性分析軟件（北京理正軟件設計研究所研制）中內置的條分法進行穩定性分析，分析結果表明，排土場北端A-A剖面的安全系數為1.42，滿足工程要求，但在+1 160 和+1190 m 這2 個臺階處存在潛在滑動面。

圖2 排土場北段坡面A-A剖面

4 野外監測及防治措施

4.1 野外監測

為進一步對該排土場北端坡面穩定性進行分析，在野外采用邊坡雷達和GPS 等監測手段對排土場北端坡面進行持續變形監測。監測結果表明，排土場北端坡面中部+1 190 m 平臺的3 個監測點累計變形量最大，累計變形量最大值達到326.15 mm；+1 160 m平臺的2個監測點累計變形量次之，累計變形量最大值為276.32 mm；其余監測點累計變形量均較小。

4.2 防治措施

通過對邊坡穩定性分析軟件計算結果和野外監測數據的分析可知，排土場北端坡面的安全系數為1.42，邊坡整體穩定性較好，但在+1 160 和+1 190 m這2 個臺階處易發生局部滑動破壞，所以，在這2 個臺階末端保留安全平臺時需將寬度由20 m 增大至40 m，以增強排土場邊坡穩定性。

此外，為維護排土場邊坡長期穩定性，確保排土場邊坡安全，還需采取以下措施。

（1）嚴格按設計施工，對可能存在的斷層或軟弱結構面等做好標識，實施繞行排土形成夾制作用。同時嚴格實施土巖分排，將風化巖層盡可能堆存于中間，大塊石、滲透性好的巖石排放在表層。

（2）完善邊坡監測網，監測、控制排土場變形、位移情況；對排土場進行蠕變監測。對排棄末端形成的排土場邊坡進行定期觀測，必要時采取一些邊坡加固措施，如擋土墻、錨桿等。

5 結語

（1）根據甕福磷礦排土場北側邊坡實際工程情況，分析了邊坡穩定性影響因素，確定了其潛在破壞類型為內部滑坡。

（2）采用邊坡穩定性分析軟件和野外實測相結合的研究方法，確定該邊坡的安全系數為1.42，但在局部區域具有潛在的滑動破壞。對潛在滑動破壞區域平臺寬度擴大至40 m，同時建議采取擋土墻、錨桿等加固措施。