萊比塘銅礦排土場安全風險分析及預防

吳智勇，李強兵，張定義

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 開采境界內排土量

萊比塘銅礦屬于特大型露天礦，露天開采境界內的廢石量為94 604.4 萬t，其中的25 666.9 萬t 可以在生產第20 年后開始內排，需外排的廢石量為68 537.9 萬t，大約34 000 萬m3（考慮了松散系數和沉降系數之后）。礦山從分期生產及長遠規劃角度，圍繞礦坑設計了1#、2#和3#排土場，便于前期生產廢石的排放。

1.1 排土場選址原則

（1）保證在排土作業時，不會因滾石、滑坡、塌方等威脅采區、工業場地（廠區）、居民點、道路、輸電網線和通訊干線、耕種區、水域、固定標志及永久性建筑等的安全。

（2）排土場不宜設在匯水面積大、溝谷縱坡陡、出口又不易攔截的山谷中，也不宜設在工業廠房和其他構筑物及交通干線的上游方向，以避免發生泥石流和滑坡，危害生命財產或污染環境。

（3）排土場位置要符合相應的環保要求，不應設在居民區或工業建筑主導風向的上風側和生活水源的上游，以防止粉塵污染居民區。防止排土場有害物質的流失，避免污染江河湖泊和農田，含有污染物的廢石必須按照現行國家標準《一般工業固體廢物儲存、處置場污染控制標準》（GB 18599-2001）要求進行堆放、處置。

（4）排土場應靠近采場，盡可能利用荒山、溝谷及貧瘠荒地，以不占或少占農田。就近排土減少運輸距離，但要避免在遠期開采境界內以免將來二次倒運廢石，如有必要在二期境界內設置臨時排土場，一定要做技術經濟方案比較后確定。

（5）防止對環境的不良影響，保護自然景觀[1]。

1.2 排土場容積與排土方式

萊比塘銅礦1#排土場位于采坑東北部平坦開闊的場地，基底標高75～90 m，堆排終了標高150～225 m，庫容17 795.6 萬m3，采用自下而上的覆蓋式排土（逆排）方式。2#排土場位于采坑西部的西山背坡，前期廢石從250 m 標高排出，180 m 平臺開拓出來后，所有廢石從180 m 標高排出，堆排終了標高250 m，庫容9585.3 萬m3，除西山上部少量排土采用自上而下的壓坡式排土（順排）外，其余大部均采用逆排方式[2]。3#排土場位于采坑的東南部，基底標高60～75 m，堆排終了標高200 m，庫容8133.5 萬m3，采用逆排方式。3 個排土場總庫容35 514.4 萬m3，基本能滿足除內排外的全部廢石排放要求。

2 排土場安全風險分析

露天礦山排土場具有堆積容量大、堆筑段位高的特點，基底承載力、堆筑坡率、填筑工藝是管控的重點，若其質量不達標，在排放廢石期間容易對周邊農田、工廠、學校等建筑、設施造成危害。近年來，因排土場不合理排放引發的工農糾紛時有發生，不僅給當地群眾造成了不可挽回的經濟損失，還不利于礦山長遠發展。萊比塘露天銅礦地處東南亞，雨季降水量多，降雨頻繁，暴雨時常出現，礦山排土場堆筑高度達100 m 以上，這就使得排土場發生滑坡災害的風險比較高。滑坡災害一般主要與以下幾種因素有著很大的關系[3-4]。

2.1 排土規劃設計不合理

在礦山基建初期，排土場基底地層地質勘探數據收集不全面，不能為排土規劃設計提供準確、真實的參考數據，導致排土規劃設計缺乏合理性。加上征地等一系列原因，1#、3#排土場的征地面積及容積遠遠沒有達到設計所規劃的要求，礦山達產年的年剝離量也比原設計增加了10%左右。截止2020年年底，1#排土場只能作為臨時廢石排放區，在生產過程中出現礦用自卸車車輛不足，影響生產進度時開啟廢石排放，且廢石排放基本要求為良性廢石。2#排土場只剩下250 m 平臺頂最后一層的良性廢石未排，加上137.5～180 m 平臺外部擴邊覆蓋時的一些廢石排放區，基本沒有場地可以容納礦區生產的廢石，而且廢石排放要求為良性廢石，排土場緊缺的問題日益加劇。目前承受廢石排放的僅有3#排土場，但其排土面積本身就小，只能加快堆放層數，形成多個臺階同時排放以滿足礦區生產需要，這樣就減少了各層的壓實遍數和自然沉降時間，降低了各層排土的穩定性。由于征地面積不足加快了2#、3#排土場的排放堆筑速度，縮短了排土自然沉降的時間，降低了各層的壓實度，勢必影響到整個排土場的承載力和穩定性。一到雨季極可能因滲水破壞排土場的穩定性，造成邊坡及底層地基不穩，從而引發滑坡、泥石流等自然災害。

2.2 排土方式不合理

排土場投入使用初期，大部分填筑材料均為覆蓋層或全風化巖石，土石混合料居多，導致底層外邊坡的透水性不足，排土場內部容易形成水囊，致排土場的基底層形成軟弱面，這種軟弱面的承受能力比較差，當排土場的廢石越堆越高時，土體自重產生的剪應力越來越大，在軟弱面易形成鼓包隆起現象，增大滑坡的可能。相較于其他原因引起的滑坡，這種類型的滑坡治理難度相對較大。對于這種類型的滑坡，萊比塘銅礦項目制定了合理的治理措施：如重新驗算排土場的穩定性，并據此對排土場技術參數進行合理修正。此外，也可在排土場的坡底修筑塊石擋土墻，可起到攔截滑石和濾水作用。實踐證明，這種治理方法效果顯著。

2.3 排水設施不完善

大氣降水和地表水是引發排土場出現滑坡災害的重要因素，這是因為大量水分可以侵潤巖土深層，使得排土場原本穩定的狀態在水分長時間侵潤下逐漸發生改變，最終導致排土場的穩定性變差。排土場投入使用初期，基底的物質主要有固體顆粒、空氣和附著在表層的水分，隨著時間推延，排棄的廢石越來越多，排土場會出現一定程度的下沉，這時巖石空隙間的空氣便會被擠壓出來。隨著巖石空隙不斷被填充，空隙越來越小，排土場的穩定性也會隨之逐漸增強。在此期間，一旦遇到強降雨，排土場雨水無法通過巖石空隙及時排出，便會在排土場內匯集大量的地表水，當地表水滲入到排土場內部后，便會對排土場原本的平衡狀態造成影響，使其迅速惡化，使得排土場內部的摩擦力大大降低，從而引發滑坡災害。

2.4 人為因素

由于部分人環保意識和法制觀念比較淺薄，為了一己私利，在排土場周圍的坡底和兩側進行采石、取土，使得排土場的底部抗剪力及側向阻擋力被大大消弱，從而為排土場發生滑坡埋下了隱患。其次在生產階段，為了滿足生產需求，需要采取爆破手段，爆破震動會影響到鄰近排土場的穩定性。此外，除了上述影響因素之外，自然災害也會對排土場的穩定性造成影響，而且影響巨大，如地震、海嘯、大暴雨等人力不可抗拒因素。當然，這類因素發生的幾率非常小，但是不代表不會發生，因此，也應做好相應的防范措施。

3 排土場安全風險預防措施

露天礦山排土場具有容量大、段位高的特點，極易形成滑坡災害，做好滑坡災害預防對礦山生產安全尤為重要。針對排土場特點制定的滑坡預防措施主要有：基底層的驗收程序及驗收標準，確保排土場基底密實度、承載力符合質量要求；排土工藝盡量選擇順排，以增加各層間的車輛碾壓遍數；每層預留安全平臺，保證邊坡坡率滿足廢石的自然安息角；加強排土場場內排水，減少雨水內滲，影響其穩定性；特殊部位修建擋土墻加固坡腳，確保邊坡的穩定性；做好排土期間的現場監控，避免人為因素造成的邊坡失穩。在保障安全生產的基礎上，對已排完的臺階邊坡及時削坡和復耕，最大程度地降低對安全、環境的影響[5-6]。

3.1 強化排土場的建設質量

在排土場的建設選址時，應對施工現場的地質條件進行全面勘測，盡量避開基底巖層比較軟弱的區域，如斷層、原生地質軟弱層等。如果無法避開，則需要對工程穩定性設計進行周密計算，制定合理的治理措施，提高排土場底部的穩固性。排土場投入使用前應對基底標高、覆蓋層清理、壓實度、承載力等各項主要技術指標進行復核驗收，各項指標滿足要求后方可進行排放。一旦發現排土場基底的承受能力不足時，應當在排土之前進行換基加固處理。

3.2 優化排土工藝

條件允許的情況下，盡量采用高料高排、低料低排，啟用多個排土場逐層填筑，延長排土場的升段時段，增加堆料的自然沉降時間，從而提高排土場的密實度和承載力。排土場廢石采用礦用自卸車（TR100、NTE260）運輸、推土機平料的方式，根據廢石排棄工藝，為確保礦用自卸車卸車安全，在排土場卸車處形成3%～5%的反坡，且自卸車卸載時配備專人指揮，并在平臺邊緣設置安全擋坎，擋坎高度為約1/2 輪胎高度，即在TR100 排料區不低于1.3 m，在NTE260 排料區不低于1.5 m。自卸車卸載后，用推土機輔助將廢石推至卸料點坡下。夜間作業時，在各排土場廢石排料作業區設置夜間照明燈，照明燈塔與排土場作業邊緣距離為15～25 m，另外，配備灑水車全天候為生產區灑水降塵，確保安全生產。

3.3 加強排土場場內排水

排土場場內水源來自于山體地表水和場內大氣降水。山體地表水通過在排土場坡面及坡腳修建截水溝進行攔截，匯集引排到排土場坡腳低洼處的雨水調節池集中蓄積處理；場內大氣降水通過排土場自身橫坡引流到截水溝，與山體地表水一起引排。通過排水系統及時將水排出，防止場內積水，避免滲水對排土場排放廢石的影響，保護排土場安全，防止發生邊坡滑坡災害。在雨季之前應完成截水溝修建并定期清理修繕，確保截水溝通暢，以保證雨季期間的正常排水。

3.4 修建護墻擋坡

在容易發生滑坡的位置，采用堅硬的塊石修筑護墻擋坡，可有效提高排土場的穩定性。干砌或拋砌重力塊石壩具有滲透性好、易于施工及經濟性的特點，當排土場建設成形之后，可將其作為抗滑擋墻。在排土場中埋置重力壩，既可預防滑坡現象的發生，又可起到攔截泥石流的作用，同時它在排土場的排水疏干中可發揮重要作用。值得注意的是，這種治理措施存在一定的局限性，僅適用于具有潛在隱患的部位，結合現場實際狀況，對護墻擋坡進行科學周密的設計及穩定性驗算，如此才能充分發揮其防治作用。

3.5 邊坡保護構造

對已排完的臺階邊坡及時進行植被護坡，首先對邊坡進行降坡平整，鋪上50 cm 厚的腐殖土，撒上植被種子，沿臺階邊坡四周布設噴淋水管進行澆灌，并沿臺階坡腳修筑排水溝，每100 m 修建一道急流槽集中排放邊坡地表水及澆灌余水，有效防止水土流失，減少邊坡沖刷，以保邊坡穩定，避免滑坡災害[7]。

3.6 加強排土場安全管理

（1）排土場不應影響礦山正常開采和邊坡穩定，排土場坡腳與其他作業點之間應有一定的安全距離。必要時應設置滾石或泥石流攔擋設施。

（2）排土場進行排土作業時，應圈定危險范圍，并設立警戒標志，無關人員不得進入危險范圍內。未經設計或技術論證，任何單位不得在排土場內回采石料。

（3）排土場閉坑前，應有專人負責觀測和管理，發現危險征兆應采取有效措施，及時處理。

4 結語

露天礦山排土場運行的最大安全風險是滑坡，其引發的災害是重大的，危害程度高。因此，在生產中，萊比塘銅礦項目始終堅持“安全第一、預防為主、綜合防治”的安全管理原則，認真貫徹落實排土場的相關技術法規。為實現安全、高效生產，對排土場建設和治理進行全面綜合的規劃、設計和實施，既能夠保障施工順利開展，又可有效避免災害的發生。