第七章排土场安全

辽宁科技学院教案课题名称§7排土场安全课次第（13）次课课时2课型理论（√）；实验（）；实习（）；、实务（）；习题课（）；讨论（）；其他（）教学目标了解排土场安全设计要求；掌握排土场破坏的方式和原因；掌握排土场综合治理措施。重点、难点及解决方法重点：排土场破坏的方式和原因；排土场综合治理措施。难点：排土场破坏的方式和原因。解决方法：图解法和列举案例进行讲解。教学基本内容与教学设计1、简介本次课的基本内容2、教学进程和教学时间具体安排§7.1排土场概述，45分钟。§7.2排土场病害防治与稳定性措施，45分钟。教学方法讲授法、案例法等教学手段板书参考资料《采矿手册第3卷》、《有色金属矿山排土场设计规范》（GB50421—2007）《采矿设计手册2矿床开采卷(上)》学习效果评测作业1、排土场的滑坡分为哪几种？2、排土场综合治理措施有哪些？教学后记1辽宁科技学院讲稿教学内容备注7排土场安全7.1排土场概述一、排土场定义又称废石场，是指矿山采矿排弃物集中排放的场所。排弃物一般包括第四系表土、风化岩土、坚硬岩石、有时还包括暂不能回收的表外矿等。为保证土场的安全和将来重新利用，排弃物根据种类的不同需单独堆放。二、排土场分类分为内部排土场和外部排土场两种1、内部排土场定义：剥离物堆放在露天矿场的采空区内的排土场。是最经济的排土方法。适用条件：（1）开采深度30～50米之内，倾角小于5°～10°的矿体；举例：武家塔煤矿采用索斗铲剥岩，岩石不用运输，直接用铲将煤层覆盖岩层剥离到采空区内。（2）分期分区开采的矿山，后期开采的剥离物可堆放在前期开采的采空区内。举例：澳大利亚兰伯特角磁铁矿采用分区分期开采，后期剥离岩石排弃到首采区采空区内。2、外部排土场定义：剥离物堆放在露天采场境界以外的排土场。三、排土场场址选择（1）应选择在山坡、山谷的荒地，尽量少占耕地农田，避免迁移村庄；注：根据对我国冶金露天矿的调查，排土场的占地面积为矿山总占地面积的30%～50%，国家对矿山征地的要求越来越严格，尤其占用耕地的批复更加困难，不少矿山被逼无奈，由露采转为地采。比如：本钢贾家堡子铁矿征地至今未批。（2）尽量选择在位于露天采场、井口、硐口附近的开采境界以外，缩短运距；注：在露天矿中，运输成本约占岩石剥离成本的40%左右，而运距的长短又是运输成本高低的主要因素，因此就近选择排土场尤为重要。（3）应保证不致威胁采矿场、工业场地、居民区、道路、耕作区、水域、隧洞等的安全，应符合安全距离的规定；注：当排土场未采取防护工程措施时，排土场最终坡底线与保护对象间的安全距离应符合以下规定：《有色金属矿山排土场设计规范》（GB50421—2007）①国家铁（公）路干线、航道、高压输电线路：1.00H～1.50H②矿山铁（道）路干线：不宜小于0.75H③露天采矿场开采终了境界线：应大于或等于30m④矿山居住区、村镇、工业场地等：≥2.00H2辽宁科技学院讲稿教学内容备注（4）选址应有可靠的地质资料、不宜建在可能有地质灾害发生的地段；（5）应尽可能选在居民点的下风地带，防止粉尘污染居民区，防止有害成分带入河流和农田。四、排土方式分类排土方式主要包括：人工排土（窄轨铁路人工翻车）、铲运机排土（装运排）、汽车运输——推土机排土、铁路运输——电铲或推土犁排土、胶带运输——排土机排土等排土方式。其中，后三种排土方式为露天矿山排土主要方式。1、汽车运输——推土机排土特点：机动灵活，爬坡能力大，适宜在地形复杂的排土场作业，宜实行高台阶排土，排土场内的运输距离较短。适用条件：①工序简单，排放设备机动性大，各类型矿山都适用；②岩土受雨水冲刷后能确保汽车安全正常作业或影响作业时间不长。2、铁路运输——电铲或推土犁排土适用条件：①排土场基底稳定，其平均原地面坡度≤24°；②所排岩土力学性质较好；③排土段高：电铲≤50m，推土犁≤30m；④排土线有效长度≥3倍列车长。3、胶带运输——排土机排土适用条件：①排土场基底稳定，其平均原地面坡度≤24°；②所排岩土力学性质较好；③排土线有效长度能使移道周期控制在2～3个月内。注：初始路堤的修筑。排土机排土方式：根据移置式胶带机移置规律分为扇形排土、矩形排土和混合式排土等方式。根据排土相对标高分为下台阶排土和上台阶排土两种方式。五、排土场堆置顺序排土场的堆置顺序分为：单台阶排土、覆盖式多台阶排土、压坡脚式组合台阶排土。1、单台阶排土（图a）适用条件：多数为汽车排土，排土场地形为坡度较陡的山坡和山谷。适合于堆置坚硬岩石，排土场基底要求不含软弱岩土，以防止滑坡和泥石流。特点：排土场高度大，沉降变形大；单位排土线受土容量大，移道、修路等辅助作业量少。国内外一些山坡型单台阶排土场高度可达数百米。比如南芬矿2号排土场高度在200～300m以上。3辽宁科技学院讲稿教学内容备注a2、覆盖式多台阶排土场（图b）适用条件：适用于平缓地形或坡度不大而开阔的山坡地形条件。堆置方法：按一定台阶高度的水平分层由下而上逐层堆置；也可几个台阶同时进行覆盖式排土，并保持下一台阶超前一段安全距离。堆置原则：为降低运距，在总体上应达到上土上排和下土下排。堆置安全：基底岩土层的承载能力和第一台阶的稳定性，对于整个排土场的稳定和安全生产起着重要作用。原则上要控制第一台阶高度，以不超过20～25m为宜，当基底为倾斜的砂质粘土时，高度不应大于15m。第二、第三……后续各台阶高度可逐渐加高。3、压坡脚式组合台阶排土场（图c）适用条件：适用于山坡露天矿，在采场外围有比较宽阔、随着坡降延伸较长的山坡、沟谷地形，既能就近排土，又能满足上土上排、下土下排的要求。堆置方法：上一台阶在时间和空间上超前于下一台阶，排土过程为先上后下。堆置原则：为降低运距，在总体上应达到上土上排和下土下排。堆置安全：先期剥离大量的表土和风化层被堆置在上水平的排土台阶，而在下部和深部剥离的坚硬岩石，则堆置在后期的排土台阶，压住上部台阶的坡脚，起到抗滑和稳定坡脚的作用。但每个台阶的堆置过程中所暴露的边坡高度仍然很大，也存在边坡稳定问题。六、排土场总容量排土总容量应与设计的总剥离量相适应，排土场有效容量为：4辽宁科技学院讲稿教学内容备注7.2排土场病害防治与稳定性措施一、排土场事故案例案例一山西娄烦县太钢尖山铁矿排土场特大垮塌事故事故概况：2008年8月1日，山西省太原市娄烦县境内的太原钢铁（集团）有限公司矿业分公司尖山铁矿发生特别重大排土场垮塌事故，造成45人死亡、1人受伤，直接经济损失3080万元。《嘹望东方周刊》社会新闻调查部主笔孙春龙在8月3日了解到该事故的遇难人数为9名，这是个敏感的数字，他就怀疑有瞒报，因为10是一个坎，超过就属重大事故；30又是个坎，超过属特别重大事故。于是他到实地调查，一家一家去落实遇难者人数，晚上也不敢住宾馆，最后落实遇难者为41名。于是他于9月14日给山西代省长王君写了一封检举信，他的博客被大量转载，直至惊动了中央，9月17日温家宝总理下令成立事故调查组彻查。他的检举才得到了官方的认可。事故直接原因：（1）排土场地基为第四系上更新统黄土，承载能力较差；（2）尖山铁矿违规超能力排放；（3）排土场设计依据不充分，缺少地勘资料，没有施工图；（4）没有对排土场进行认真监测、监控；（5）对周边（坡脚下）群众未组织搬迁撤离。事故间接原因：（1）太钢尖山铁矿对安全生产工作不重视，安全责任不落实；（2）4月份发现裂隙，采取措施不利；（3）隐患排查治理不认真、走过场；（4）当地政府及相关部门安全监管不力，没有督促企业整改重大隐患、撤离排土场脚下的群众。事故处理：37名事故责任人受到责任追究，13名事故责任人追究刑事责任。其中矿方有6人，分别是尖山铁矿矿长、党委书记闫确娃，副矿长王建中，总工程师臧龙，工艺质量科科长任建国，规划管理科科长王海林，工艺质量科采矿组专业负责人赵国成。案例二南芬铁矿2、3、4号排土场三次滑坡事故5辽宁科技学院讲稿教学内容二、排土场基底承载能力及台阶极限高度1、排土场在排土初期基底压实到最大的承载能力时，排土场的堆置高度按下式计算：2、在基底处于极限状态，失去承载能力，产生塑性变形和移动时，排土场的极限堆置高度按下式计算：三、排土场的沉降变形1、排土场沉降变形原因散体物料在自重力和外载荷作用下逐渐压实和沉降，由原来的三元介质体（固体颗粒、水和空气），因空气被挤出，孔隙缩小或被充填而形成两元介质体（固体颗粒和水分）。2、排土场沉降变形规律这种沉降变形随时间和压力而变化，在排土初期沉降速度较大，随着时间的延续和排土场的压实，沉降速度逐渐缓慢下来，沉降过程延续数年。见下图3、排土场沉降系数排土场沉降系数按下式计算：排土场沉降系数变化于1.1~1.2之间。6辽宁科技学院讲稿教学内容备注四、排土场滑坡排土场滑坡分为三种，分别是：排土场内部滑坡、沿排土场与基底接触面的滑坡、沿基底软弱层的滑坡。分别见图a、b、c。（一）排土场内部滑坡1、排土场内部滑坡特点基底岩层稳固，由于岩土物料的性质、排土工艺及其他外界条件（外载荷和雨水等）所导致的排土场滑坡，其滑动面出露在边坡的不同高度。2、排土场内部滑坡机理若排土场岩石破碎，含较多砂土，并具有一定湿度时，新堆置的排土场边坡角较陡（38°~42°左右），随着排土场高度增加，继续压实和沉降，排土场内部出现孔隙压力的不平衡和应力集中区。孔隙压力降低了潜在滑动面上的摩擦阻力，因而可能导致滑坡。在边坡下部的应力集中区产生位移变形或边坡鼓出，然后牵动上部边坡开裂和滑动，最后形成抛物线形的边坡面，即上部陡、下部缓，以直线量度的边坡角通常为25°~32°。3、排土场内部滑坡有关因素主要有排土场内部含有软弱夹层和排土速度过快等原因。排土场内部滑坡多数与物料的力学性质有关，如含有较多的土壤或风化软弱岩石，当排土场受大气降雨或地表水的浸润作用，使排土场的稳定状态迅速恶化，造成内部滑坡；其次是排土速度过快，造成土场沉降极不均匀，导致内部滑坡。4、治理措施（1）土壤或风化软弱岩石不能集中排弃，应分散排弃或单独堆放。（2）加长排土线长度，减慢排土横向推进速度，让土场有足够的沉降期。（3）雨季应加强土场的监测和管理，减少土场排弃量。（4）排土场平台形成2%~3%的反坡，防止雨水冲刷坡面。（5）排土场平台用不透水性粘土覆盖碾压，防止雨水渗入土场内部。7辽宁科技学院讲稿教学内容（二）沿基底接触面的滑坡1、滑坡机理当地面横坡大于24°时，容易形成沿基底接触面滑坡。比如，南芬矿2号土场滑坡。2、治理措施（1）对土场基底进行爆破处理，形成鱼鳞坑。（2）将土场基底做成台阶形式。（3）清除土场基底表面腐植土，严禁向基底排弃表土和风化层等废弃物。（4）对基底表面和浅层水进行排泄和疏干。（三）软弱基底鼓起引起排土场滑坡1、滑坡机理2、治理措施（1）清除软弱基底；（2）夯实碾压；（3）多台阶排土，降低第一分层高度，延长沉降时间。五、排土场泥石流1、形成泥石流的基本条件2、排土场泥石流治理措施（1）含有丰富松散岩土的排弃物应单独存放在难于形成泥石流的区域。（2）尽量不选择山坡地形陡峻和较大纵坡的区域做为排土场。（3）治理地表水和地下水，进行拦截和疏导，避免水大量集中进入排土场。（4）在排土场坡脚处修筑透水拦挡坝。