李旭東 白逢義

(1. 富蘊(yùn)蒙庫鐵礦有限責(zé)任公司，新疆 富蘊(yùn) 836100；2.中冶北方工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

國內(nèi)目前還沒有關(guān)于排土場穩(wěn)定性評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)分類體系，2017年由加拿大的Mark Hawley和John Cunning年編寫的《礦山廢物傾倒和儲存設(shè)計(jì)指南》(Guidelines for mine waste dump and stockpile design)中介紹了的DSR和WSRHC兩種排土場風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)，上述評估系統(tǒng)是根據(jù)國外大量排土場生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行的總結(jié)、歸納和整理形成。排土場風(fēng)險(xiǎn)影響因素較為復(fù)雜，上述體系針對各類影響因素進(jìn)行了評估，可作為國內(nèi)礦山排土場進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)估和采取適當(dāng)措施的參考。利用以DSR分析體系為主的方式對蒙庫西排土場進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，并以評估結(jié)果為依據(jù)采取必要的措施進(jìn)行排土場的風(fēng)險(xiǎn)防治工作。

1 蒙庫西排土場概況

1.1 排土場設(shè)計(jì)情況

西部排土場采用汽車直排，根據(jù)地形條件進(jìn)行分水平排土，初期排土標(biāo)高為1 070 m水平，后期在1 070 m水平土場上進(jìn)行覆蓋排土，最終排土標(biāo)高為1 100 m水平，排土階段高度最大73 m，排土場最終總的堆置高度為102 m，排土場安全平臺寬度大于50 m，排土場總的邊坡角為27.1°。排土場巖石運(yùn)輸采用自卸汽車配合推土機(jī)排土，采用自卸汽車排土?；咎卣髟斠姳?。

表1 設(shè)計(jì)排土場特征

1.2 排土場區(qū)的自然地理特征

排土場區(qū)海拔高度990～1 112 m之間，場地地形東高西低，高差120 m，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩條主要溝谷，走向?yàn)橐粭l東北-西南向溝谷坡度為6.2%，另一條為東南-西北向溝谷。該東南-西北向溝谷為兩個(gè)支溝組成，支溝坡度分別為6.3%和5.8%，兩個(gè)主溝谷在土場前緣匯合成一個(gè)溝谷，該土場屬山谷及山坡型排土場[1，2]。本區(qū)動峰值加速度為0.15 g，場地基本烈度為Ⅶ度，地震動反應(yīng)譜特征周期0.45 s，場地內(nèi)及周邊無全新世活動斷裂通過和大的斷裂構(gòu)造。

1.3 排土場地基土、堆積物料特征

根據(jù)相關(guān)勘察資料，場地地層為上部有第四系和風(fēng)化巖，第四系地層在溝谷內(nèi)厚度一般在0.5～5 m左右。主要巖石為黑云角閃片麻巖和變粒巖等變質(zhì)巖類為主。排土場排棄的物料性質(zhì)主要為黑云角閃片麻巖、變粒巖等。排土場上部的物料粒徑較小，主要以小于100 mm為主，其中小于60 mm顆粒含量占比大于50%。上部物料級配較好，顆粒分布大小較為均勻。中部的物料粒徑主要在240～600 mm之間，約占總物料的60%～70%；底部物料一般在420～900 mm大塊石為主，大部分底部物料小于400 mm占比不足20%。

2 基于DSR系統(tǒng)排土場風(fēng)險(xiǎn)評估

DSR評估系統(tǒng)是1991年加拿大的調(diào)查和設(shè)計(jì)手冊-臨時(shí)指南中關(guān)于廢石堆綜合穩(wěn)定性和危險(xiǎn)的分類系統(tǒng)。DSR系統(tǒng)考慮在11個(gè)因素的基礎(chǔ)上建立了一個(gè)數(shù)值指數(shù)。根據(jù)對整體重要性對每個(gè)因素進(jìn)行評分，并將各個(gè)評分的總和定義為定性評分(DSR)。DSR值越高相對穩(wěn)定性較低，反之亦然。DSR值范圍(最大可能值1 800)被細(xì)分為4個(gè)穩(wěn)定性等級，每個(gè)等級對應(yīng)不穩(wěn)定性危險(xiǎn)描述。例如，DSR額定值小于200為Ⅰ級，其特征是具有“可忽略”的失穩(wěn)危險(xiǎn)，DSR值大于1 200為Ⅳ級，其特征是具有“高”的失穩(wěn)危險(xiǎn)。與DSR值較低的排土場相比，DSR值較高的排土場在邏輯上需要更多的調(diào)查和設(shè)計(jì)工作，在施工和操作期間需要更多的治理和監(jiān)控。影響DSR值各因素具體評分標(biāo)準(zhǔn)按表2進(jìn)行[3]。

表2 DSR排土場風(fēng)險(xiǎn)分級體系表

續(xù)表

可根據(jù)上述評定分值，并對照下面的穩(wěn)定性處理意見進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控和排土場安全管理工作。 根據(jù)上述表格對排土場進(jìn)行DSR分級，結(jié)果見表3，西排土場DSR賦分值為400，屬Ⅱ類，風(fēng)險(xiǎn)等級為低。根據(jù)穩(wěn)定型分級的結(jié)果從而制定對應(yīng)的處理措施，詳見表4。

表3 排土場DSR分級結(jié)果

表4 排土場穩(wěn)定性分級及處理建議表

3 基于WSRHC系統(tǒng)對排土場風(fēng)險(xiǎn)等級校核

WSRHC風(fēng)險(xiǎn)分級體系為2017年加拿大Mark Hawley和John Cunning在上述DSR系統(tǒng)基礎(chǔ)上重新評估并進(jìn)一步改進(jìn)建立的排土場和料堆穩(wěn)定性等級和危險(xiǎn)分類(WSRHC)系統(tǒng)。新WSRHC系統(tǒng)包含了1991年DSR系統(tǒng)中使用的許多概念；新系統(tǒng)需要評估影響穩(wěn)定性的22個(gè)關(guān)鍵因素或?qū)傩?比1991年的DSR系統(tǒng)多11個(gè))。這些因素分為七組。相應(yīng)等級的賦予一定的數(shù)值分，這些等級的總和定義了廢物傾倒和庫存穩(wěn)定性等級(WSR)。最大可能的WSR為100，較高的等級表示排土場更穩(wěn)定。

WSRHC評價(jià)體系對蒙庫西排土場進(jìn)行排土場的風(fēng)險(xiǎn)校核，部分評估結(jié)論見表5、6。

表5 排土場風(fēng)險(xiǎn)等級劃分表

綜合上述表格內(nèi)容，并礦山排土場實(shí)際狀況和設(shè)計(jì)內(nèi)容，西部排土場風(fēng)險(xiǎn)等級評分(WSR)值為63.5，屬于Ⅱ級，風(fēng)險(xiǎn)等級屬于低風(fēng)險(xiǎn)等級。

表6 排土場WSRHC風(fēng)險(xiǎn)分級結(jié)果

經(jīng)WSRHC評價(jià)體系評估，該排土場分級為Ⅱ級，為低風(fēng)險(xiǎn)排土場。

4 依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)采取的對應(yīng)措施

兩種評價(jià)體系均表明該排土場風(fēng)險(xiǎn)等級較低，整體穩(wěn)定性較好，因此主要采取了場地的工程地質(zhì)調(diào)查工作，并在關(guān)鍵的溝谷內(nèi)采用探槽進(jìn)行地層情況描述和采樣試驗(yàn)工作。并對排土場進(jìn)行了專項(xiàng)的設(shè)計(jì)方案論證，以及進(jìn)行常規(guī)的邊坡變形監(jiān)測。

1)攔石壩措施。蒙庫北排土場堆石壩位于土場前緣主沖溝內(nèi)，具有防止土場沿第四系軟弱層的整體滑動，同時(shí)具有防止土場形成泥石流對采場安全造成威脅。蒙庫西排土場在主沖溝設(shè)計(jì)堆石壩2座，其中1#及2#堆石壩是在1 070 m臺階土場施工過程中為增強(qiáng)土場整體穩(wěn)定性并減小滑坡和泥石流對下游設(shè)施產(chǎn)生安全威脅，1#及2#堆石壩應(yīng)在1 070 m土場堆積前實(shí)施，位置位于土場前緣的兩個(gè)沖溝的溝口處。

2)排土場截排水措施方案。設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際地形，在排土場北側(cè)自然溝谷中，修建導(dǎo)流堤攔截洪水，開掘排洪隧洞將上游洪水引至排土場西北側(cè)的溝谷中。

3)前緣坡腳軟弱土層換填。溝谷內(nèi)第四系厚度較大，穩(wěn)定性計(jì)算表明該層的排土場邊坡穩(wěn)定性差，因此要對該部分土體進(jìn)行必要的處理以保證土場前緣邊坡的穩(wěn)定性。在攔擋壩施工范圍周邊將兩條主溝谷匯合處至排土場前緣軟弱的第四系土層清掉，采用大塊碎石回填。

4)排土場監(jiān)測。為保證排土場的穩(wěn)定性，建立邊坡變形監(jiān)測系統(tǒng)，采用全站儀進(jìn)行人工監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)排除存在的隱患和保證礦山生產(chǎn)的安全。

5 結(jié)語

通過DSR和WSRHC風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)對蒙庫西排土場進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，確定其風(fēng)險(xiǎn)等級屬于Ⅱ級，風(fēng)險(xiǎn)等級屬于低風(fēng)險(xiǎn)，并依據(jù)評價(jià)結(jié)果確定采取攔石壩、截排水、以及適當(dāng)?shù)淖冃伪O(jiān)測措施。根據(jù)西排土場多年的實(shí)際安全運(yùn)行情況表明該評價(jià)系統(tǒng)方法符合礦山實(shí)際，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的措施經(jīng)濟(jì)合理。