排土场灾害防治技术

应急管理部信息研究院 庞博

排土场作为矿山工程灾害的易发部位，一旦发生灾害便会对附近居民生命安全造成巨大威胁，导致重大经济损失。影响排土场稳定性的因素可分为内部和外部因素。内部因素指的是工程体自身对边坡失稳起控制作用的因素，主要为排土场基底和排弃物料的力学特性，而外部因素则表现为降雨、地震、地下水等外部环境条件。排土场灾害形式主要包括滑坡、坍塌和泥石流等。目前，关于排土场灾害控制技术的研究主要集中在三个方面，分别是地下和地表水的治理、优化排土工艺以及构建不同形式的土工结构加固方式。

一、地下和地表水的治理

修筑和完善排土场上方的排洪沟。为减少排土场汇水面积，对大气降水和地表水进行拦截是必要的。因此，应在排土场上方的山坡上选择适宜的位置修建排洪沟和定期对原有的排水沟进行修缮，以便雨水和地表水集中排至排土场外围的低洼处，不让地表汇水进入排土场。

排土平台进行反坡作业。除了排土场四周的山坡汇水冲刷排土场外，也需考虑排土场自身平台的汇水不致侵蚀和冲刷排土场边坡。可将排土平台修成2%～3%的反坡，并保持排土场平台的平整、不出现低洼积水，使平台汇水自然流向排土场坡脚处，通过排水沟将水引出界外。

布置排水钻孔和修筑疏干涵洞。当排土场中的岩石物料中含有孔隙水和排土场基底内存在承压水时，可在场地周围开挖排水沟，降低地下水位，在排水沟内充填透水材料，坡度不小于2%，现场一般采用在适当部位打排水钻孔的办法，用以降低水位或者不让静水压力造成隔水层底鼓，防止地下水穿透隔水层进入排土场，如果基底面存在较大规模的低洼积水，还可采用开挖涵洞以对其进行疏干。

采用底部泄流技术预防泥石流。在排土场底部使用大粒径废石作为泄流体。排土场底部泄流体不仅要求场区排泄无雨期日常流水、雨汛期洪水，还要求通过百年一遇特大洪水。要针对排土场地区常年流量、汛期流量、百年一遇流量，从泄流体渗流形式、孔隙尺度、渗流速度、黏滞系数、水力坡度、出入口处泄水面积、逸出点流速等方面资料，经计算确定底部大块废石泄流体的泄流能力。

地基处理及疏干排水。除了遇有软弱地基要采取相应的工程处理措施之外，对于地基含水层和排土场渗流水要采取降低水位和疏干排水的措施，如开挖排水盲沟，可以防止在排土场压力下地基变形，或地基层中的水分在压力作用下上升，浸润排土场的软弱岩石。

二、优化排土工艺

合理控制排土顺序。在进行矿山排土规划时要合理安排不同岩性的岩土，硬岩、软岩、大块和破碎岩石分别排弃到排土场不同的空间位置，避免形成软弱夹层（即潜在滑动面）或软岩石集中的边坡。同时将坚硬大块岩石堆置在底层以稳固基底，或大块岩石堆置在最低一个台阶反压坡脚。对于覆盖式多台阶排土场，底层第一层高度不宜太大，以有利于基底的压实和固结，也有助于上部后续台阶的稳定。根据剥离岩石的性质不同，应予设计不同的排土顺序，尤其是剥离表土和风化岩石，需要合理堆排，有利于排土场稳定性的提高。

合理控制排土速度。当排弃表土和风化岩土时应控制排土场推进速度，以免工作面一次推进距离过大、沉降变形大，对于生产设备的安全带来危害，也易产生滑坡。为此，要有备用排土线轮换作业，留出一定时间使新排土线达到充分沉降与压实。另外控制排土速度也利于软弱地基能得到充分的压实和固结，提高地基承载能力。

采用逆排工艺。在露天矿排土工艺上一般都选择顺排的方式，即由内向外、由近向远排土方式。而采用逆排工艺则有利于排土场的稳定性。它在排土时，可以选择在排土场的出口处，先构筑坡脚坝（宜用大块，硬岩石形成透水坝），然后由外向内分层排土，排土顺序是由低到高、由内到外，最终形成单台阶或多台阶的排土边坡。这种采用小段高、多台阶、由外向内分层排土的排土方式，即逆排工艺。这种排土方法工艺简单，排水费用低，对于稳固排土场坡脚和软岩地基有积极作用，因此应用比较广泛。

三、土工结构加固

堆置护坡挡墙。为了增强松软岩石和风化岩土排土场边坡的稳定性，稳固坡脚，防止滑坡和泥石流，可采用不同形式的护坡岩石挡墙预先在坡脚处堆置或事后反压在软岩边坡的坡脚位置。这些挡墙施工简单，造价便宜，均属于用坚硬大块石料堆置的重力块石坝类型，透水性好。其种类和形式主要有块石护坡挡墙、干砌块石坝、竹笼块石坝、铁丝笼块石坝等。

此外，可采用将坚硬岩石预先堆置在排土场内部的地基上，排土场形成后便成了预先埋设的抗滑挡墙，其堆置的位置和挡墙的几何尺寸要通过排土场稳定性分析计算，使之处在最可能的潜在滑面位置。在排土场内预先分散堆置岩石挡墙将改善水的排泄、加速泥岩的固结过程，并防止变形发展。与普通的护坡挡墙相比，采用预埋挡墙所需要的岩石量要少，尤其是在矿山基建初期剥离表土多、坚硬岩石少时，技术经济效益较为显著。

多级泥石流拦挡坝。为拦挡被雨水冲刷下来的排土场废石（泥石流），阻止其下泄和发展，减小灾害规模，可在排土场下游设置泥石流拦挡坝。此为排土场泥石流的第一级拦挡坝。拦挡坝的高度一般为所要拦挡的废石堆积坡高的1/3 左右，坝顶宽度主要由运输废石的汽车的转弯半径决定，一般取40～60m；拦挡坝下部建成透水形式，透水部分高度一般至少为5m，施工时通常采用大块坚硬废石来构筑透水坝。根据地形条件和泥石流沟的坡度以及泥石流固体物质流量情况，可以不同区段设置多级透水拦沙坝。这种拦沙坝可抵挡泥石流的巨大冲击，对泥石流龙头有着消能减势的作用，除了拦挡泥石流固体砂石外，还可减缓泥石流的流速。

设置加筋土挡墙。排土场边坡顶部台阶易产生张拉裂缝，在外部因素降雨、地震、地下水等影响下，容易发生滑坡、坍塌和泥石流等灾害。可在排土场边坡中预先埋置具有挠性的筋带材料形成加筋土，当加筋部位与排土场边坡潜在滑面相交时，由于排弃物的重力下滑分量引起筋带材料产生拉伸应变，但同时其抗拉强度限制了排弃物颗粒向外侧运动，并且排弃物颗粒与筋带材料界面产生的摩擦阻力增加了排弃物边坡的附加抗剪强度，可抑制张裂缝的发展，增强排土场边坡的稳定性。

如下，列举了我国排土场边坡灾害防治应用的典型实例。兰尖铁矿排土场滑动的防治措施：首先对排土场的软弱基底进行清理，回填块石；其次滑体外围修筑石砌排洪沟；最后对排土场的风化岩土进行了植被恢复，确保了矿上的正常生产和排土场下部公路的安全通行。宝日希勒露天矿内排土场滑坡防治措施：首先在基底泥岩层进行施工，采用排水盲沟疏导土场基底积水，然后在基底排弃砂岩改造基底性质，确保了排土工作安全。尖铁矿尖山第六排土场防治措施：首先清理排土场下部地基凸起，用排土场滚石区的大块废石回填施工，然后疏排地基地下水与地表水，同时坡脚施工挡滚石栅栏，调整排土方式，分散采掘表土层、分散排弃风化岩土，确保了雨季土场安然无恙，保证了排土工作安全运行和下部公路的正常通行。安太堡露天矿南排土场防治措施：上部削坡，下部反压，并在滑坡区周围修筑排水沟、挡墙，防控效果确保了滑体未继续出现变形现象，保障了矿区公路的安全运行。金牛矿业公司排土场防治措施：排土场调整为4 级台阶，每个台阶留10m安全平台，设置两排抗滑桩，桩钉采用铁链连接，在坡脚修筑竹笼坝，防控效果确保了矿山的正常生产。赤峰铜钼矿3#排土场防治措施：使用碎石桩加固粉质粘土基底，提高了基底承载力，增强了排土场稳定性，节约排土场治理成本，节省工期，吸收了排弃废石。大冶铁矿排土场防治措施：按2:1 的比例实施坚硬岩石与风化表土混合排弃，效果良好，改善了排弃物料的力学性质，避免了单独排弃软弱岩土时形成软弱带造成土场不稳定事故。