排土場的整改擴(kuò)建設(shè)計研究范文
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摘要：歪山梁子排土場為礦山已有排土場，現(xiàn)有設(shè)施完善，但在堆置過程中局部邊坡陡峭，經(jīng)過穩(wěn)定性計算存在一定的安全風(fēng)險，同時礦山露天遠(yuǎn)期排土場建設(shè)周期長，為維持露天采場正常生產(chǎn)，經(jīng)過對歪山梁子排土場原始地形、現(xiàn)狀堆置情況和四鄰關(guān)系的分析可知歪山梁子排土場具備整改擴(kuò)建條件。在現(xiàn)有攔碴壩下游再新修攔碴壩，經(jīng)過計算確定堆置要素后，對現(xiàn)有邊坡進(jìn)行覆蓋式堆置排土，經(jīng)過穩(wěn)定性分析驗算整改擴(kuò)建后整體穩(wěn)定性能滿足要求，說明歪山梁子排土場整改擴(kuò)建后安全可靠，能解決露天礦山廢石堆存接替問題。
關(guān)鍵詞：露天采場；排土場；穩(wěn)定性計算；堆置要素
排土場為集中堆放露天開采剝離或地下開采廢石的場所，也稱為廢石場。排土場設(shè)計主要和地形條件、巖土情況、四鄰關(guān)系、物料物理特性相關(guān)，在滿足安全的前提下盡量多的設(shè)計出有效庫容能更好的保障礦山正常持續(xù)的生產(chǎn)。現(xiàn)就云南金鼎鋅業(yè)有限公司歪山梁子排土場擴(kuò)容設(shè)計淺析排土場的設(shè)計要點(diǎn)。
1工程概況
云南金鼎鋅業(yè)有限公司位于云南省怒江州蘭坪縣，屬于低緯山地季風(fēng)氣候，本區(qū)內(nèi)總體上屬次穩(wěn)定區(qū)域。礦區(qū)內(nèi)廢石主要為露天采場剝離，每年約750萬立方米，礦山現(xiàn)有歪山梁子排土場已經(jīng)堆排到設(shè)計庫容，但局部堆置邊坡過陡，經(jīng)過穩(wěn)定性計算后發(fā)現(xiàn)存在一定的安全風(fēng)險，因此對歪山梁子排土場進(jìn)行整改，消除安全風(fēng)險，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)建增加一定的庫容。歪山梁子排土場原始地形為沖溝，北側(cè)為山坡，南側(cè)為山脊現(xiàn)狀設(shè)計庫容2884.90萬立方米，堆排總高度269m，壩體采用堆石壩，采用汽車運(yùn)輸。整改擴(kuò)建工程在此基礎(chǔ)上新修筑堆石攔碴壩，對下部進(jìn)行壓坡腳確保穩(wěn)定，再在上部進(jìn)行擴(kuò)建堆置廢石。
2設(shè)計要點(diǎn)
2.1原始地形和堆置現(xiàn)狀
歪山梁子排土場位于露天采場南側(cè)，兩山脊之間的溝谷地帶。沖溝總體呈東北~西南走向，東高西低，溝長約1.6Km，溝底前緣坡度約6°；后緣溝底坡度約20°。沖溝在下游標(biāo)高2450m左右收口，收口處有一山頭，山頂標(biāo)高2470m。北側(cè)為現(xiàn)有南大溝排土場，南側(cè)山脊為練登大溝。歪山梁子排土場原始地形三維模型見圖1。歪山梁子排土場現(xiàn)狀頂部2745m至2750m標(biāo)高與南大溝擴(kuò)容排土場連成一片。堆石壩壩頂標(biāo)高為2500m；堆置臺階共11個，一般段高25m，平臺寬度10m至15m，臺階坡面角約34°~35°，整體坡面角度2525m~2599m段整體坡面角約25°；2599m~2745m整體坡面角15°。現(xiàn)狀和原始地形結(jié)合典型斷面圖見圖2。現(xiàn)有排土場外部截洪溝底排滲設(shè)施都按照規(guī)范進(jìn)行了設(shè)計，并且運(yùn)轉(zhuǎn)良好。主溝上游部分已被現(xiàn)有廢石覆蓋，北側(cè)為延展山體，主要為東北至西南走向的山坡，地形坡度約20°；南側(cè)與練登大溝北部支溝有山脊相隔。現(xiàn)有歪山梁子排土場為多臺階堆置，堆排主沖臨空方向和歪山梁子溝走向相近，東南臨空方向主要分布在現(xiàn)有排土場上部。歪山梁子下游呈東北~西南~西走向，左岸有山脊和一山頭，可選擇在溝心轉(zhuǎn)折處筑壩，利用山頭作為屏障。下游溝心整體縱坡約10°，除有部分人工填土堆積外，總體地形有利。因此設(shè)計在現(xiàn)有攔碴壩下游約265.00m處新修筑攔碴壩，溝心壩高約21.50m，對現(xiàn)有排土場進(jìn)行壓坡腳，保障排土場穩(wěn)定；采用覆蓋式排土，覆蓋掉原有排土場堆排部分，西北部分在新設(shè)計堆存標(biāo)高提高后，可以在現(xiàn)有排土場邊界基礎(chǔ)上向西側(cè)延伸約125.00m，以此在整改基礎(chǔ)上，盡可能利用地形增加庫容。因東南邊界已經(jīng)堆排至山脊，設(shè)計維持現(xiàn)狀，根據(jù)西北和中部主要臺階的延展和堆排現(xiàn)狀自然搭接，通過調(diào)整臺階寬度的措施，做到兩者自然融合。
2.2排土場四鄰關(guān)系
擬建歪山梁子整改擴(kuò)容排土場四鄰關(guān)系相對簡單，北側(cè)為正在使用的南大溝擴(kuò)容排土場，中間有厚大山體相隔，頂部在南大溝擴(kuò)容排土場排滿時在標(biāo)高2745.00m連成一體；東側(cè)與練登大溝北部支溝中間有山脊相隔；下游擬新建攔碴壩距離沘江直線距離約1.68Km。距離七聯(lián)山地生態(tài)養(yǎng)殖場距離約190.22m，該養(yǎng)殖場現(xiàn)已廢棄，建議將現(xiàn)有建構(gòu)筑拆除，避免外來人員利用該建筑居住等。擬建排土場主要臨空面為東北-西南方向，現(xiàn)有大園坪選廠位于排土場下游北側(cè)，沖溝北岸，距離排土場廠區(qū)邊界現(xiàn)狀標(biāo)高為2371.00m，擬建攔碴壩距離選廠廠界854.58m，因此結(jié)合穩(wěn)定性計算按照《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》的要求，擬建排土場與現(xiàn)有大園坪選廠之間的安全間距滿足要求。擬建排土場東南側(cè)與練登大溝北部支溝相隔山脊末段有一埡口，埡口西側(cè)有一山頭，可作為擬建排土場的屏障，設(shè)計考慮在此處修筑攔碴壩，總體有利。
2.3工程地質(zhì)條件
本工程詳細(xì)勘查報告表明擬擴(kuò)建場區(qū)現(xiàn)狀下基本穩(wěn)定，區(qū)域地質(zhì)條件適宜筑壩建場。場地內(nèi)主要地層巖性構(gòu)成由新至老主要為：人工堆積層廢石；沖洪積卵石；坡殘積粉質(zhì)黏土；下第三系古新統(tǒng)云龍組粉砂質(zhì)泥巖；白堊系上統(tǒng)虎頭寺組石英砂巖；白堊系上統(tǒng)南新組細(xì)砂巖；侏羅紀(jì)中統(tǒng)花開左組下段粉砂質(zhì)泥巖；三疊系上統(tǒng)三合洞組下段角礫狀灰?guī)r。設(shè)計根據(jù)詳勘報告對初步方案各個主要剖面進(jìn)行了試算，發(fā)現(xiàn)整改擴(kuò)建北部區(qū)域最不利滑面出現(xiàn)在堆排設(shè)計臺階2650m附近沿植被層和粉質(zhì)粘土層交界處滑動，自堆排最低臺階坡腳滑出。結(jié)合這一因素，設(shè)計最終將北側(cè)邊界收縮，盡量減少上部臺階堆排，實(shí)行載措施后，結(jié)合下部部分區(qū)域清除根植土，安全系數(shù)滿足要求。另一方面，主溝斷面試算結(jié)果較為理想，下游堆排區(qū)域溝心將人工填土清除后，安全系數(shù)滿足要求。新建攔碴壩布置在歪山梁子排土場現(xiàn)有堆石壩下游約255m處，該處地形較為平緩，溝心縱坡約9°，巖土層自上而下為人工填土、卵石層、弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。攔碴壩采用堆石壩，背坡設(shè)置濾水層，防止?jié)B漏。
3設(shè)計方案
充分考慮地形和巖土情況以及四鄰關(guān)系，在現(xiàn)有沖溝轉(zhuǎn)折處，山頭處設(shè)置攔碴壩，與現(xiàn)有歪山梁子排土場堆排臺階近似水平方向多臺階堆排；在擬建排土場頂部設(shè)計臺階坡頂標(biāo)高2780.00m，讓新的排土場臺階與現(xiàn)狀自然搭接過渡，不翻過東南山脊。西北側(cè)現(xiàn)有場地上，根據(jù)公路現(xiàn)狀和頂部標(biāo)高情況，設(shè)計最終堆置標(biāo)高2745.00m。
3.1廢石物理性質(zhì)
擬擴(kuò)建排土場所排廢堆料與已建排土場內(nèi)的堆料來源基本相同，主要為生產(chǎn)剝離的廢石，其母巖主要為花開左組砂巖、麥初箐組粉砂質(zhì)泥巖、三合洞組灰?guī)r、果郎組粉砂質(zhì)泥巖、中細(xì)粒粉砂巖以及云龍組泥質(zhì)粉砂巖，除灰?guī)r外均為軟弱巖層。架崖山、北廠礦段，構(gòu)造變動強(qiáng)烈，風(fēng)化作用強(qiáng)烈。排土場散體物料具有風(fēng)化快、遇水易崩解等特點(diǎn)。物料性質(zhì)對廢石場設(shè)計參數(shù)、堆排方式、安全性影響較大。本次可研結(jié)合現(xiàn)有歪山梁子排土場和正在堆排的南大溝擴(kuò)容排土場廢石堆排現(xiàn)狀，廢石自然安息角介于34°到36°，設(shè)計取臺階坡面角為35°。廢渣性質(zhì)：項目堆放采場廢石，由監(jiān)測報告判定本項目堆放的廢石為第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物。
3.2排土場要素確定
3.2.1堆排第一臺階高度的確定廢石場作為一種特殊的工程建設(shè)，同樣要求基底的承載力滿足最基本的需要，在排土體的荷載作用下，地基由于壓縮性大，孔隙比大，滲透性小等因素，宏觀表現(xiàn)為豎向壓縮變形，水平擠出的變形剪切破壞，因此按照堆載預(yù)壓提高地基承載力的機(jī)理，控制排土場第一臺階高度，預(yù)壓地基，提高“地基承載力”，并將第一臺階作為后續(xù)臺階的“基礎(chǔ)”。在排土初期，基底巖土開始被壓實(shí)，當(dāng)堆置到一定高度時，基底被壓實(shí)到最大的承載能力，但尚未到達(dá)極限狀態(tài)，經(jīng)過計算排土場地基最大的承載能力允許堆置高度H1為15.2m，《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》規(guī)定“多臺階排土基底第一級臺階高度易取10m~25m”，參考采礦手冊中“第一臺階高度以不超過20m~25m為宜，當(dāng)基底為傾斜的砂質(zhì)粘土?xí)r，第一臺階的高度不應(yīng)大于15m”。結(jié)合場地地形環(huán)境、工程地質(zhì)條件及與現(xiàn)有排土場堆排邊界標(biāo)高合理銜接等因素，設(shè)計中取第一臺階高度為10m。
3.2.2廢石場工作平臺寬度確定設(shè)計廢石場場采用多臺階排土，廢石場堆置階段的工作平臺寬度主要取決于排棄物的物理力學(xué)性質(zhì)、上一臺階的高度、大塊石滾動距離、運(yùn)排設(shè)備的工作寬度、平臺上最外運(yùn)輸線至眉線的安全距離等確定，并應(yīng)滿足上下兩相鄰臺階互不影響的要求。目前礦山南大溝擴(kuò)容排土場以及原有歪山梁子排土場均采用凱沃礦用自卸汽車運(yùn)輸，整車長9.3m，整車寬2.5m，轉(zhuǎn)彎半徑15.0m。本廢石場采場汽車運(yùn)輸，推土機(jī)輔助作業(yè)，汽車運(yùn)輸平臺寬度如下：經(jīng)計算公路運(yùn)輸工作平臺寬度為52.1m，設(shè)計取53.0m，最初在工作平臺沒有達(dá)到寬度時，需要利用推土機(jī)輔助裝載堆置。
3.2.3其他要素根據(jù)以上確定的要素對歪山梁子排土場進(jìn)行了紙上作圖設(shè)計，堆置總高度320m（設(shè)計臺階2460m至2780m）；臺階坡面角：35°；總體邊坡角：約21°；廢石松散系數(shù)K0=1.533；廢石沉降系數(shù)K1=1.20；廢石場堆存系經(jīng)計算公路運(yùn)輸工作平臺寬度為52.1m，設(shè)計取53.0m，最初在工作平臺沒有達(dá)到寬度時，需要利用推土機(jī)輔助裝載堆置。
3.2.3其他要素根據(jù)以上確定的要素對歪山梁子排土場進(jìn)行了紙上作圖設(shè)計，堆置總高度320m（設(shè)計臺階2460m至2780m）；臺階坡面角：35°；總體邊坡角：約21°；廢石松散系數(shù)K0=1.533；廢石沉降系數(shù)K1=1.20；廢石場堆存系通過對以上要素確定，歪山梁子排土場整改擴(kuò)建最終設(shè)計有效庫容2403.56萬立方米。歪山梁子排土場典型斷面圖見圖3。
3.3穩(wěn)定性計算
根據(jù)《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》（GB50421-2007）對排土場設(shè)計等級的確定，按照計算庫容和堆置總高度，確定本排土場設(shè)計等級為一級，則歪山梁子現(xiàn)有排土場安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：自然工況：Ks≥1.25；地震工況：Ks≥1.10；降雨工況：Ks≥1.15。選取7個控制性剖面按照詳勘提供的巖土力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)過兩種方法校核計算后均能滿足安全系數(shù)要求。選取的控制性斷面位置見圖4總平面布置圖。
4結(jié)論
（1）通過對歪山梁子排土場原始地形、現(xiàn)狀堆置情況和現(xiàn)有設(shè)施、四鄰關(guān)系以及巖土條件的分析可知，具備整改擴(kuò)建條件。（2）對堆置要素進(jìn)行計算后，按照堆置要素進(jìn)行設(shè)計，通過對整體穩(wěn)定性驗算，增加庫容是安全可靠的。
參考文獻(xiàn)
[1]《有色金屬礦山排土場設(shè)計規(guī)范》（GB50421-2007）.
作者：鄭浩林 豐書榮 單位：昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司