八、露天矿边坡与排土场灾害防治(可编辑)

1、八、露天矿边坡与排土场灾害防治.doc （可编辑）（文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用 ，可编辑推荐下载）八、露天矿边坡与排土场灾害防治（一）概述露天矿开采是矿产资源开采的一种主要方法， 我国露天铁矿石产量约占铁矿石总产量的 77%左右，有色金属占 52%左右，化工矿物占 70.7%左右，煤矿一直低于 4% ，而建筑材料 则近 100% 。露天矿边坡是露天矿最主要的结构要素，随着矿山的开挖及开采活动贯穿于矿 山服务的始终。露天矿边坡滑坡灾害一直是生产安全中的一个突出间题， ，我国绝大多数露 天矿都曾发生过规模不等的滑坡灾害。 据十个大型金属露天矿山的统计， 不稳定或具潜在滑 坡危险性的

2、边坡约占边坡总长度的20%，个别露天矿甚至高达 33%，且随着露天矿向深部的开采，边坡的稳定条件将愈来愈恶化。露天矿边坡滑坡是指边坡体在较大的范围内沿某一特定的剪切面滑动， 一般的滑坡是滑 落前在滑体的后缘先出现裂隙， 而后缓慢滑动或周期地快慢更迭， 最后骤然滑落， 从而引起 滑坡灾害。 滑坡灾害是露天矿山最频繁的地质灾害。 本钢南芬露天矿 1999 年至 2002 年，陆 续发生4次60万m3-lio万m3的大滑坡，抚顺西露天煤矿在65年开采中发生滑坡灾害64次，平均每年发生滑坡 1 次，阜新海州露天煤矿在 33年开采中发生滑坡灾害 64次，平均每 年发生滑坡 1.9次，平庄西露天矿在 27

3、年开采过程中发生滑坡灾害 45次，平均每年发生滑 坡 1.7 次。露天矿边坡频繁的滑坡灾害对周围环境和人民的生命、财产将带来严重的损失， 造成了多起重特大事故。抚顺西露天煤矿 1959 年底板凝灰岩顺层滑坡造成矿山停产损失 2000 余万元， 1964 年南帮西部发生滑坡造成矿山机修厂滑落， 1979 年西端帮大滑坡再度使 矿山停产。 1981 年 6月攀钢石灰石矿采场西部大滑坡，滑坡体总量达 1100万吨，直接损失 达2000多万元，间接损失上亿元，影响生产近 1 年。1999年7月酒泉钢铁公司黑沟铁矿发 生重大滑坡泥石流事故， 堵塞酒泉市、 嘉峪关市两市唯一的水源北大河， 造成直接经济损失

4、 4000 余万元。 2001 年江西乐平县山下村采石场滑坡，造成 28 人死亡。矿山排土场， 也称废石场， 是指矿山采矿排弃物集中排放的场所。 排土场作为矿山接纳 废石的场所， 是露天矿开采的基本工序之一， 是矿山组织生产不可缺少的一项永久性工程建 筑。当排土场受大气降雨或地表水的浸润作用，排土场内堆积材料的稳定状态会迅速恶化， 引发滑坡和泥石流等灾害。1979年12月兰尖铁矿排土场发生 200万米m3滑坡，是国内矿山最大的排土场滑坡。海南铁矿 6号排土场东部于 1973年8月连续大雨之后产生几十万立 方米的大滑坡， 导致排土场停产。 朱家包包铁矿排土场在 1978年至 1979年间曾发生

5、3次滑 坡，体积达36万m3。云浮硫铁矿排土场 1972年受台风和暴雨影响发生泥石流，淹没农田 194公顷，1975年再次发生泥石流，汇水面积0.3km3,冲毁河堤28处、总长4187m，农田1334公顷，淹没民房、铁路、桥梁、厂房多处，损失巨大。高陡边坡和排土场是露天矿开采不可避免且将长期存在的重大安全隐患，对矿山生产、矿区环境和周边群众及建筑设施构成巨大威胁。为了保证露天矿山生产和人民生命财产的安全，必须明确露天矿山滑坡泥石流可能发生的位置、风险程度、灾害形式和波及范围，才能对灾害进行人为控制。因此，露天矿山企业应及时对矿山边坡和排土场进行稳定性分析评价， 对滑坡和泥石流灾害区域进行调查，

6、对高风险区域进行重点安全监测和预测，掌握不稳定滑流体的各项参数，对其进行加固治理，降低工程风险。（二）露天矿滑坡灾害1. 露天矿山边坡的构成根据矿床埋藏的地形条件， 露天矿分为山坡露天矿和凹陷露天矿， 以露天开采境界封闭 圈进行划分。封闭圈以上为山坡露天矿，封闭圈以下为凹陷露天矿。露天开采所形成的采坑、 台阶和露天沟道的总合称为采场。由露天采场的底面和坡面限定的可采空间的边界，称为露天开采境界。露天开采时，把开采境内的矿岩划分为一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采。台阶是露天开采的基本构成要素，是独立剥离和采矿作业的单元，台阶的命名通常是以该台阶的下部平盘（装运设备站立平盘）的标高来表示。台阶

7、构成要素如图8-1所示。1 台阶上部平盘2 台阶下部平盘3 台阶坡面4 台阶坡顶线5 台阶坡底线a 台阶坡面角 H台阶高度图8-1边坡台阶构成要素示意图露天矿采场由台阶坡面和安全平台、清扫平台、运输平台组成。安全平台主要作用是缓冲和阻截滚石，宽度要求大于4m ;并每隔23个台阶设一个清扫平台，用于阻截和清扫滚石，宽度根据平台清扫手段取615m ;运输平台是工作台阶与出入沟之间的运输联系通路，宽度根据装载和运输设备不同取1030m或更大。最终边坡角是露天采场最下一个台阶的坡底线和最上一个台阶的坡顶线构成的假想斜面与水平面的夹角，也称最终帮坡角或最终边帮角，是按露天矿边坡结构要素布置后形成的实际角

8、度。采场构成要素如图8-2所示。图8-2露天矿采场构成要素示意图露天矿的最终边坡角是边坡稳定的重要参数，直接影响着矿山的生产能力和安全水平, 在露天矿山设计和生产中具有十分重要的意义。露天矿边坡角大小必须满足边坡稳定的要求，但是随着采场开采深度的增加和边坡角的减缓，剥离量将急剧增加，导致开采成本增高,而边坡角过大，进行陡帮开采虽然可以提高采剥比，降低生产成本，但是可能导致严重的滑坡事故，造成重大人员伤亡和经济损失。因此，综合考虑经济与安全因素，合理选取边坡角， 在保证边坡安全的条件下低成本开采是露天开采的最基本原则。表8-1和表8-2给出了按边坡稳定性进行岩石分类和露天采场边坡角概率值、台阶坡

9、面角参考值。表8-1按边坡稳固性进行的岩石分类和露天采场边坡角概略值岩石类别岩石特点边坡稳固性基本要素和岩石稳定性指标地质条件边坡角I坚硬（基岩）岩石： 火山岩和变质岩， 石英砂岩，石灰岩 和硅质砾岩。样品 抗压强度 78.48MPa弱面（断层破坏层理、长度 很大的构造节理等）的方向 很不利具有弱裂缝的硬岩，没有方向不利的 弱面，或弱面对开挖面的倾角是急倾 斜（60° ）或缓倾斜（15°<55°地质条件同上，但岩石具有裂缝40° 45°具有弱裂缝或节理面的硬岩，弱面对开挖面的倾角为35°55°30°45

10、76;具有弱裂缝的硬岩，弱面对开挖面的倾角为20°30°20°30°II中硬石：风化程度 不同的火山岩与 变质岩、粘土岩、 砂岩一粘土质页 岩、粘土质砂岩、样品岩石的强度、弱面的方向、岩石风化趋势等不利斜坡的岩石相对稳固，没有方向不利 的弱面，或有对开挖面呈急倾斜（60°或缓倾斜（15°的弱面<40°地质条件同上，有对开挖面成35 °55°的弱面30°40°泥板岩、粉砂岩、 泥灰岩。抗压强度78.487.85MPa边坡的岩石强烈风化（泥质岩、粘土 质砂岩、粘土质页岩等）以及容易碎

11、 散和剥落的岩石20 °30。弱面对开挖面呈20。30。的所有岩类III软岩（粘土质与砂 质一粘土质岩石） 抗压强度< 7.85MPa对于粘结性（粘土质）岩石： 样品强度，弱面（软弱夹层、 层间接触面）方向不利。对于非粘结性岩石为：力学 特性动水压力、渗透速度没有塑性粘土，古老滑面，层间的软弱接触面和其他弱面20 °30。在边坡的中部或下部有弱面15° 20°表8-2台阶坡面角参考值岩石坚固性系阶坡面角75° 85°70° 7560° 65°45° 60°

12、;2. 露天边坡工程的主要特点（1）由于矿体赋存空间的限制，构成露天矿边坡的岩体、结构、地下水条件以及原岩应力状态都是具有明显的不可选择性。露天矿山边坡一般较高，从几十米到数百米不等，走向长达数公里，边坡暴露岩层较多， 地质差异性大，变化复杂。边坡面一般由爆破和机械开 挖形成，坡度由人为控制，暴露岩体一般不加维护，岩体较破碎，受风化影响大。（2）露天矿边坡是历经几十年的开采过程逐步形成的，具有工程构筑与使用同步、工程实践与认识同步的特点。由于露天矿工程条件和评价模型的不确定性，使其在整个服务期间都承担着不同位置、不同程度、随时间变化的风险。露天矿山自上而下开采，上部边坡服务年限可达几十年，下部

13、边坡服务年限较短， 底部边坡采矿完成即可废止，各部位的稳定性要求不尽相同。（3）露天矿山边坡依附于采矿作业而存在，在形态上受采矿工程的制约，是采矿系统的一个子系统，边坡的稳定性不可避免的受每天频繁的凿岩、爆破、载重运输等工艺的扰动影响。（4）边坡工程是露天矿山最重大的安全工程。必须保证其在矿山的开采、时间的推移和地质条件的变化等条件影响下，仍具备安全和可靠的稳定性。在此基础上，可以允许边坡岩体产生一定的变形，甚至可以产生一定的破坏，使岩层应力得到释放，降低生产成本。这与水电坝址边坡、公路路基边坡等工程具有明显不同。（5）随着矿产资源需求的增加，露天矿山开采能力日益加大，露天矿山边坡向着深凹开采

14、、陡帮开采、露天转地下扰动开采、复杂边坡开采等趋势发展，对矿山风险控制提出了 更高的要求。3. 露天边坡工程的破坏规律(1) 边坡的破坏类型岩质边坡的破坏方式可分为滑坡、崩塌和滑塌等几种类型。 滑坡滑坡是指岩土体在重力作用下，沿坡内软弱结构面产生的整体滑动。滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往往深入坡体内部，甚至延伸到坡脚以下。 当滑动面通过塑性较强的土体时，滑速一般比较缓慢；当滑动面通过脆性较强的岩石或者滑面本身具有一定的抗剪强 度时，可以积聚较大的下滑势能，滑动具有突发性。根据滑面的形状，其滑坡形式可分为平面剪切滑动和旋转剪切滑动。平面剪切滑动的特点是块体沿着平面滑移，可进一步分为简单平

15、面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑坡和多滑块滑动(倾倒滑动)几种破坏模式，如图 8-3。旋转剪切滑动的滑面通常成弧状，岩土体沿此弧形成滑面滑移，如图8-4。(a)简单平面剪切，仅有 一个滑面和一个滑块(b)带张裂缝的平面剪切(c)被横交节理连通的节理组上的阶梯式滑坡(d)存在两个滑面 的双滑面滑坡(e)两个滑块，上部滑块驱 使下部滑块发生旋转，发 展成倾倒破坏(f)该滑体的两个滑面走向 与边坡走向斜交，形 成一个三维楔体破坏图8-3平面剪切滑坡及其分类图8-4发生在圆弧滑面上的旋转剪切破坏当岩体发生滑动破坏时，按照受力状态、发生时间、与层面的关系、滑体规模、滑体厚度和滑动速度可以将滑坡划分为不

16、同类型，见表8-3所示。其中特大型、巨厚层、高速滑坡具有强大的破坏力，其形成的条件是：边坡具有相当大的高差（>100m），具有相当大的体积（>100万m3），具有较陡的滑面坡度（>20°,具有较大的峰残强度差（比值大于2），具有较高的滑坡剪出口，并且滑坡前方有开阔地形。表8-3滑坡其他单一指标分类方法序号分类方式类型分类指标1按滑体受力状态牵引式（后退式）滑坡下部先滑，引起上部连续下滑推动式滑坡上部先滑，推动下部滑动2按滑坡发生时代古滑坡全新世以前的老滑坡全新世以来发生，现未活动新滑坡正在活动3按主滑面与层面的关系顺层滑坡结构面与主滑动面平行切层滑坡结构面垂直于主滑

17、动面4按滑坡的规模小型滑坡10万立方米中型滑坡10万50万立方米大型滑坡50万100万立方米特大型（巨型）滑坡> 100万立方米5按滑体的厚度浅层滑坡H<6M中层滑坡6M<H<20M厚层滑坡20M<H<50M巨厚层滑坡H>50M6按滑坡滑动速度蠕动滑坡v<10-5m/s慢速滑坡10-5m/s<v <10'2m/s快速滑坡10-2m/s<v <1/0m/s高速滑坡v>1.0m/s 崩塌崩塌是指块状岩体与岩坡分离向前翻滚而下。在崩塌过程中，岩体无明显滑移面，同时下落的岩块或未经阻挡而落于坡角处，或于斜坡上滚落、滑

18、移、碰撞最后堆积于坡角处，如图8-5。岩坡的崩塌常发生于既高又陡的边坡前缘地段，具有逐次后退、规模逐渐减小的趋 势。裂隙水的冻结而产生的楔开效应、裂隙水的静水压力、植物根须膨胀压力以及地震、雷 击等的动力荷载等，都会诱发崩塌破坏。图8-5崩塌示意图 滑塌松散岩土的坡角 B大于它的内摩擦角 时，表层蠕动使它沿着剪切带表现为顺坡滑移、滚动与坐塌，从而重新达到稳定坡角的破坏过程，称为滑塌或称为崩滑，如图8-6。滑塌部分与未滑塌部分的分界，通常在断面上成直线。滑塌是一种松散岩体或岩、土混合体的浅层 破坏形式，与风化应力、地表水、人工开挖坡角及振动等作用密切相关。（a）开挖坡角形成滑塌（b）恢复天然稳定

19、坡角图8-6滑塌示意图（2）边坡滑坡的影响因素露天矿山边坡的变形、 失稳，从根本上说是边坡自身求得稳定状态的自然调整过程，而边坡趋于稳定的作用因素在大的方面与自然因素和人类活动因素有关。 自然因素（a）岩层岩性。岩石的物理力学性质及矿物成分，结构与构造，对整体岩层而言，是确定边坡的主要因素之一。相间成层的岩层，其厚度、产状及在边坡内所处的部位不同，稳定性亦不一样。（b）岩体结构。岩体结构面是在地质发展过程中，在岩体内形成具有一定方向、一定 规模、一定形态和不同特性的地质分割面，统称为软弱结构面，它具有一定的厚度，常由松散、松软或软弱的物质组成，这些组成物质的密度、 强度等物理力学属性较之相邻岩

20、块则差得多。在地下水作用下往往出现崩解、软化、泥化甚至液化的现象，有的还具有溶解和膨胀 的特性，具有这样软弱泥化的结构面的存在，就给边坡岩体失稳创造了有利的条件。（c）风化程度。岩层的风化程度愈深，则岩层的稳定性愈低，要求的边坡坡度愈缓。例如花岗岩在风化极严重时， 其矿物颗粒间失去连接， 成为松散的砂粒， 则边坡的稳定值近 似于砂土所要求的数值。（d）水文地质。地下水对边坡稳定的主要影响有：使岩石发生溶解、软化，降低岩体特别是滑面岩体的力学强度； 地下水的静水压力降低了滑面上的有效法向应力，从而降低了滑面上的抗滑力；产生渗透压力（动水压力）作用于边坡，使岩层裂隙间的摩擦力减小，其 稳定性大为降

21、低； 在边坡岩体的孔隙和裂隙内运动着的地下水使土体容重增加，增加了坡体的下滑力， 使边坡稳定条件恶化。 地表水对边坡的影响主要是冲刷、 夹带作用对边坡造成侵 蚀形成陡峭山崖或冲洪积层，引发牵引式滑坡。（e）气候与气象。在渗水性的岩土层中，雨水可下渗浸润岩土体内，加大土、石容重，降低其凝聚力及内摩擦角， 使边坡变形。 我国大多数滑坡都是以地面大量降雨下渗引起地下 水状态的变化为直接诱导因素的。此外，气温、湿度的交替变化，风的吹蚀，雨雪的侵袭、 冻融等，可以使边坡岩体发生膨胀、崩解、收缩，改变边坡岩体性质，影响边坡的稳定。（f）地震。水平地震力与垂直地震力的叠加，形成一种复杂的地震力，这种地震力可

22、以使边坡作水平、垂直和扭转运动，引发滑坡灾害。地震触发滑坡与地震烈度有关。 人为因素影响边坡稳定性的人为因素， 主要是在自然边坡上进行露天开挖、 地下开采、 爆破作业、 坡顶堆载、疏干排水、地表灌溉、破坏植被等行为。（a）坡体开挖形态。露天边坡角设计偏大，或台阶没按设计施工，会显著增加边坡滑 坡的风险。 发生采动滑坡的坡体几何形态大多有如下特点： 从平面形状来看， 采动滑坡大多 发生在凸形或突出的梁峁坡体上； 在竖直剖面上看， 采动滑坡或崩塌主滑轴线方向的剖面大 多在总体上呈凸形状态，即坡顶比较平缓，坡面外鼓，坡角为陡坎；或坡体的上、下部均成 陡坎状，中间有起伏的不规则斜坡或直线斜坡，如图 8

23、-7 所示。（b）坡体内部或下部开挖扰动。施工对边坡的最大扰动是工程开挖使得岩土体内部应 力发生变化， 从而导致岩体以位移的形式将积聚的弹性能量释放出来， 由此带来了边坡结构 的变形破坏现象。 尤其是在坡体内部或下部施工， 由于地应力的复杂变化， 造成的滑坡风险 更加难以预测。图8-7容易发生采动滑坡的坡体剖面形态（C）工程爆破。大范围的工程爆破对山体有很大破坏作用，瞬时激发的强大地震加速 度和冲击能量会导致岩层或土层裂隙的增加，使边坡整体稳定性减弱。（d）坡顶堆载。在边坡上进行工业活动，将固体废弃物堆放在坡顶，可能导致下滑力 增加，当下滑力大于坡体的抗滑力时，会引起边坡失稳。（e）降水或排水

24、。由于人为的向边坡灌溉、排放废水、堵塞边坡地下水排泄通道、或破坏防排水设施，使边坡地下水位平衡遭到破坏，进而破坏边坡岩土体的应力平衡，增加岩层容重，增加滑动带孔隙水压力，增大动水压力和下滑力，减小抗滑力，引发滑坡。（f）破坏植被。植被可以固定边坡表土，避免水土流失。对边坡上覆植被的坡坏，会 增大地表水下渗速度，导致下滑力增大，抗滑力减小，诱发滑坡。（3）边坡稳定性分析方法*国内外对岩质边坡稳定性的分析方法归结起来可以分为两类：即确定性方法与不确定性方法。确定性的方法是边坡稳定性研究的基本方法，是将影响边坡稳定的各种因素都作为确定的量来分析考虑的，主要通过边坡失稳的力学机制分析，对边坡的力学平衡

25、状态进行分析， 从而评估边坡稳定状况及其可能发展趋势。主要方法有极限平衡法、数值分析法、图解法、 块体理论及赤平投影法等。该类方法的优点是模型简单、计算简捷、可解决复杂剖面形状、 考虑各种加载形式，可以给出确定性的结论。缺点是人为简化假定多，造成计算模型与实际 情况差别较大，求出的安全系数不能反映边坡的整体或局部变形。不确定性方法主要是通过工程类比、概率统计、专家评判、关联分析等方法分析影响边坡稳定性的主要因素和可能的 变形破坏方式，主要方法有可靠性方法、模糊数学法、灰色预测系统法、遗传算法、聚类分 析法、范例推理评价法等。该类方法的优点是能综合考虑多种因素，快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势

26、作出评价。缺点是没有从滑坡的本质进行分析，具有一定的经验性。极限平衡理论是最经典的边坡稳定性分析方法,许多派生的边坡稳定分析方法都是建立在极限平衡理论之上。极限平衡法的最基本原理如图8-8所示。A -1；: 9:':总；“8 : ： 72：3 r5Qi t气假设边坡由均匀介质构成，抗剪强度服从库仑准则f c tg(8-1)其中：c为介质的粘结力，为介质的内摩擦角，b为剪切面的法向应力。假设可能发生的滑动破坏面为圆弧形，对每个圆弧所对应的安全系数进行计算，其中最小的为最危险滑动面。 将滑动体分为N个垂直条块，假设每条块间不存在相互作用力。 各圆弧面上的安全系数 F值的计算方法为剪切面上的

27、抗滑力矩滑动力矩MrMoncL tg i WiCOS ii 1nw iSin ii 1(8-2)其中，L为剪切面弧长， Wi为每条块重量，a为第i条块的剪切面与水平夹角。该方法是极限平衡分析的最基本方法，称为瑞典条分法，1912年由瑞典人彼得森提出, 具有模型简单、计算公式简捷、可以解决各种复杂剖面形状、能考虑各种加载形式的优点，因此得到广泛的应用。随后的Bishop法、Krey法、Janbu法等，都是在瑞典条分发的基础上，引入了条块间相互作用力发展而来的。(4) 滑坡规律与预报大量滑坡实例的监测数据表明：在重力作用下，边坡岩土体的变形演化曲线具有三阶段演化特征，如图8-9所示。图8-9典型的

28、滑坡变形三阶段演化特征第1阶段（AB段）：初始变形阶段。坡体变形初期，变形从无到有，坡体中开始产生裂缝，变形曲线表现出相对较大的斜率，但随着时间的延续， 变形逐渐趋于正常状态， 曲线斜率有所减缓，表现出减速变形的特征。因此该阶段常被称为初始变形阶段或减速变形阶段。第2阶段（BC段）：等速变形阶段。在初始变形的基础上，在重力作用下，斜坡岩土体基本上以相同（近）的速率继续变形。因不时受到外界因素的干扰和影响，其变形曲线可能会有所波动，但此阶段变形曲线总体趋势为一倾斜直线，宏观变形速率基本保持不变，因此此阶段又称为匀速变形阶段。第3阶段（CF段）：加速变形阶段。当坡体变形发展到一定阶段后，变形速率会

29、呈现出 不断加速增长的趋势，直至坡体整体失稳（滑坡）之前，变形曲线近于陡立，这一阶段被称 为加速变形阶段。边坡进入加速变形阶段是滑坡发生的基础和前提。根据加速变形阶段曲线的特点，又可将其细分为 3个亚阶段：加速变形初始阶段（初加速阶段，CD），加速变形中期阶段（中加速阶段，DE）和加速变形骤增阶段（加加速阶段，EF）。三阶段变形曲线仅是斜坡在恒定的自重作用下的一种宏观普遍规律和理想曲线。事实上，由于露天边坡和排土场处于复杂的开采系统中，在其发展演化过程中将不可避免地遭受各种外界因素（如降雨、开采活动等）的干扰和影响，使变形-寸间曲线呈现出一定的波动和振荡性。因此，在总体趋势符合上述三阶段演化规

30、律的基础上，在微观和局部往往表现为振荡型和阶跃型。边坡在变形发展过程中， 如果受非周期性外界因素 （爆破震动、人类活动） 的影响，或由于监测过程中的人为误差，斜坡变形-时间曲线往往表现出一定的波状起伏的振荡特性，如图8-10 （a）。如果斜坡在变形演化过程中，遭受周期性）外界因素（季节性降 雨、气温变化、边坡开采的作用，变形时间曲线往往呈阶梯状，如图8-10 （b）。图8-10外界因素影响下的滑坡变形特征曲线滑坡预警预报时，应首先根据监测曲线准确地判断边坡所处的变形阶段，进一步判定滑坡趋势。当滑坡状态位于加速变形的三个亚阶段时，应及时发布不同等级的滑坡预警信息， 并采取针对性的应对策略和措施。

31、现代非线性科学理论认为，滑坡在不同的演化阶段， 对外界影响因素的响应是有差别的， 愈到发展演化的后期，系统对外界扰动的响应愈强烈。因此,在滑坡预测预警时，一方面要非常重视对斜坡所处变形阶段的判断，同时要注意外界因素对斜坡变形破坏的影响。（三）矿山排土场灾害1. 矿山排土场的构成矿山开采的一个重要特点就是要剥离的覆盖在矿床上部及其周围的表土岩石，或掘进废石，运至专设的场地排弃，这种专设的排弃岩石的场地称为排土场（或废石场）。在排土场 按一定方式进行堆放岩土的作业称为排土作业，是矿山的主要生产工序之一。排土场根据排土方法、堆置顺序和运输方式的不同可分为不同类型，见表8-4。表8-4排土场分类分类标

32、准排土场分类排土方法和堆置顺序排土场位置内部排土场排土场设置在已采完的采空区内外部排土场排土场设置在采场境界以外堆置顺序单台阶排土单台阶一次排土高度较大，由近及远堆置多台阶覆盖式由下而上水平分层覆盖，留有安全平台多台阶压坡式由上而下倾斜分层，逐层降低标高，反压坡脚排土运输方式铁路运输按转排物料机械类型进一步分类：排土犁排土、电铲排土、堆土机排土、前装机排土、铲运机排土、索斗铲排土等。汽车运输按物料的排弃方式进一步分类：边缘式一汽车直接向排土场边缘卸载，或距边沿35m卸载，由排土机平场；场地式 一汽车 在排土平台上顺序卸载，堆置完一个分层后由推土机平场。带式输送机-排土机按排土方式和排土台阶：上

33、排、下排；扇形排土、矩形排土水力运输用水力、铁路、轮胎式车辆将岩土运至排土场，再用水力排弃无运输采用推土机、前装机、机械铲、索斗铲和排土桥等直接将剥离 岩土排泄到采空区或排土场。工艺简单，效率高，成本低。适 用于内部排土场。根据排土场堆置顺序的不同可分为：单台阶排土场、覆盖式排土场和压坡式排土场，如 图 8-11。图8-11排土场的堆置方式单台阶排土场多用汽车排土，地形为坡度较陡的山坡和山谷，适用于堆置坚硬岩石， 排 土场地基要求不能含软弱土。特点是分散设置、规模小、数量多，利用率高，高度大，沉降 量大，线路维护和安全行车较困难，滑坡和泥石流风险高,覆盖式排土场适用于平缓地形或坡度不大而开阔的

34、山坡地形条件。特点是按一定台阶高度的水平分层自下而上堆置，可多个台阶同时排土， 并保持下一台阶的超前安全距离，堆积容量大。覆盖式排土到后期多为重车上坡排土，运行成本高，对基地岩土层的承载能力和第一台阶的稳定性要求较高。一般要求第一台阶不宜超过2025m，若基底为倾斜的砂质粘土时，第一台阶高度不应大于 15m。压坡式排土场适用于山坡露天矿，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。特点是台阶相对高度不大，上土上排，下土下排，深部坚硬岩石压住上台阶坡脚起到抗滑和稳定作用。2. 矿山排土场的特点排土场作为矿山重要的危险设施，其位置选择应遵循以下原则：(1) 排土场应选在山坡、山谷的荒地

35、，少占耕地，不占良田，避免迁移村庄。排土场 应保证不致威胁采矿场、工业场地、居民点、铁路、道路、水域、通信和电力设施、桥隧、耕地等的安全，安全距离应在设计中进行规定。内部排土场不得影响矿山正常开采和边坡稳定，排土场坡脚与矿体开采点之间应有一定的安全距离。(2) 在不影响矿床开采和保证边坡稳定的条件下，尽量选择在位于露天采场、井口、 硐口附近的开采境界以外，缩短废石运距，避免上坡运输，实行高土高排，低土低排，充分 利用空间，扩大排土容积。(3) 排土场选址应根据可靠的工程地质资料，不宜建立在地质条件不良地带。地基不良而影响安全时，应采取加固措施。建设在雨量充沛地区的沟谷型排土场，应采取措施防范泥

36、石流灾害的发生。 依山而建的排土场， 应将山坡表面植被和第四系软弱层全部清除(单独堆放)，削成阶梯状，提高排土场稳定性。3.矿山排土场的破坏规律(1)排土场的破坏类型滑坡排土场滑坡类型可分为三种:所示。场内滑坡、基底接触面滑坡、基底软弱层滑坡,如图8-12排土场内部滑坡图8-12排土场滑坡形式基底软弱面滑坡(4)排土场总容积应与露天矿设计的总剥离量相适应，排土场的有效容量：V MJKc其中，V。为剥离岩土的体积，Ks为岩石碎胀系数，Kc为排土场沉降系数(取1.11.2 ）。(5)排土场应布置在居民点的下风带，防止粉尘污染居民区、水源和耕地。排土工艺及其他外界条件(外(a) 场内部滑坡。基底岩层

37、稳固，由于岩土物料的性质、荷载和雨水等)所导致的滑坡为排土场内滑坡，其滑动面出露位置在边坡的不同高度。当排弃的岩石较破碎，含较多砂土，并具有一定湿度时，随着排土场高度增加，内部岩土体进一步压实、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移面上的摩擦阻力，边坡下部的应力集中区产生位移变形或边坡面鼓出，然后牵动上部边坡开裂和滑动。排土场内部滑坡多余物料的力学性质有关。较多的土壤或风化岩石，受大气降雨 或地表浸润作用，使排土场内部土体稳定性状态恶化。 1979年尖兰铁矿排土场 200万m3滑 坡的原因就是因为基底坡度较陡，排弃物力学性质差形成软弱层所致。 1973年和19

38、78年海 南铁矿在强降雨后发生的大滑坡事故也属这一类型。(b) 基底接触面滑坡。当山坡形排土场的基底倾角较陡，排土场与基底接触面之间的1978-1979 年发剪切强度小于排土场的物料自身抗剪强度时， 可能发生沿基底接触面的滑坡。如果基底上有 一层腐植土，或将矿山剥离初期排弃的表土和风化层堆积在排土场底部， 将形成基底接触面 的软弱层，遇到雨水或地下水的浸润，促生滑坡产生。朱家包包铁矿排土场 生三次滑坡，体积达 36万m3,其原因都是将剥离的表土和砂质粘土用作排土场基底，后期 覆盖坚硬岩石，造成接触面的粘土层滑动。（c）基底软弱面滑坡。当排土场坐落在软弱基底上时，由于基底承载能力低而产生滑 移，

39、并牵动排土场的滑坡，为基地软弱面滑坡。这类滑坡约占排土场滑坡总数的1/3以上。齐大山铁矿排土场，堆置高度 52m，基底为软弱沉积土，沟底渗水土饱和后，在排土场压力 下发生滑动，滑坡量 3.5万m3，属基底软弱面滑坡。 泥石流排土场形成的泥石流根据排土物料的不同， 砂石含量在 1580%左右，容重在 1.32.3t/m3 之间，可以重力作用下沿陡坡和沟谷快速流动，具有强大的破坏力。排土场形成泥石流有三个基本条件：（a）松散物来源条件：筑路开挖、坑道掘进排弃的废石和排土场内堆置的大量松散岩 土体为泥石流的发生提供了丰富的固体物料来源；（b）地形地貌条件：排土场多建于山坡或山谷，地形起伏大，以及其自

40、身较大的堆置 高度和较陡的坡度，为泥石流提供了大量动能形成的条件；（c） 水源条件：水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的激发条件和搬运介质（动力来源）。集中的降雨，较大的汇水面积可以为泥石流的形成提供充足的动力水源。矿山排土场泥石流按照破坏形式可以分为滑坡型泥石流和坡面冲刷型泥石流，排土场泥石流多数以滑坡和破坏冲刷得形式共同存在。 滑坡型泥石流是排土场内岩土体在降雨浸润下 失稳， 发生高速滑坡形成的一种泥石流， 在整个连续运动过程中的发展分为两个阶段： 先滑 坡，后泥石流。 滑坡型泥石流兼具滑坡和泥石流的特征， 但水不是搬运介质， 而是组成物质， 滑流体稠度很大， 石块呈悬浮状态， 突然性

41、强， 持续时间短， 速度快， 冲击力强， 破坏性大。 坡面冲刷型泥石流， 以水为主要成分， 粘性土含量少， 固体物质占 10-40，水为搬运介质， 有很大流动性和分散性，石块以滚动或跃移方式前进，具有强烈的下切作用。（ 2）排土场灾害的影响因素排土场形成滑坡和泥石流灾害主要取决于以下因素： 基底承载能力、 排土工艺、 岩土物 理力学性质、地表水和地下水的影响等。 基底承载能力。 排土场稳定性首先要分析基底岩层构造、 地形坡度及其承载能力。 一 般矿山排土场滑坡中，基底不稳引起滑坡的占3240% 。当基底坡度较陡，接近或大于排土场物料的内摩擦角时， 易产生沿基底接触面的滑坡。 如果基底为软弱岩层

42、而且力学性质低于 排土场物料的力学性质时， 则软弱基底在排土场荷载作用下必产生底鼓或滑动， 然后导致排土场滑坡。 排土工艺。不同的排土工艺形成不同的排土场台阶其堆置高度、速度、压力大小对于基底土层孔隙压力的消散和固结都密切相关， 对上部各台阶的稳定性起重要作用。 是发生排 土场内滑坡的重要因素。 岩土力学性质。当基底稳定时，坚硬岩石的排土场高度等于其自然安息角条件下可以达到的任意高度，但往往受排土场内物料构成的不均匀性和外部荷载的影响，使得排土高度受到限制。排土场堆置的岩土力学属性受容重、块度组成、粘结力、内摩擦角、含水量及垂 直荷载等影响。 地下水与地表水。排土场物料的力学性质与含水量也存在

43、显著关系。排土场中粘土和我国露天矿山排土场滑坡和泥石流有50%是由于雨水和地表水作用引起的。（3）排土场稳定性分析*当排土场堆置到一定高度时，基底达到最大的承载能力，此时排土场高度可以按式8-3计算。Hi10(ctgCctg(8-3)180式中：C基底岩土的粘纟口力（Pa）of底岩土的内摩擦角（°丫令卡土场物料的容重，t/m3；H1 排土场设计高度，m当排土场高度继续增加， 基底处于极限状态，然后失去承载能力，产生塑性变形和移动, 基底失去承载能力。此时的排土场极限高度可按照式8-4计算。410 Cctgtg2(451(8-4)式中：出一排土场极限高度，m当排土场基底软弱层厚度大、潜

44、在滑动面穿过软岩层时，基底承载力可按照软岩基底的 稳定性进行分析。在倾斜基底上设计排土场的安全系数应高于水平基底上的安全系数。堆置坚硬岩石时一般为 3060m （山坡型排土场高度不限）；堆置砂土时为1520m ;堆置松软岩 土时为1020m。多台阶排土场在相邻台阶之间需留设安全平台，其总体稳定性可按照边坡 稳定性分析。基底第一台阶的极限高度一般不超过1520m，在基底稳定的条件下可应用弹性理论和极限平衡理论，计算第一台阶的极限高度：(8-5)2 104Cctg式中：C松散物料的粘结力（Pa）0公散物料的内摩擦角（°H 第一台阶极限高度，m;丫公散物料的容重，t/m3；入稳定性参数，无

45、量纲，根据试验资料和经验选取，0入1一般入与旦成正比函数关系（F为边坡稳定性系数），旦取15tgtg排土场的粘结力主要取决于细颗粒（粒径3mm以下）含量的大小。一般新堆置的排土场的初始粘结力为 0.050.5MPa，经过沉降压实后的粘结力达到0.55MPa。现场观测表明，当粘土和易水解风化岩石含量超过40%，台阶高度超过18m时，排土场会出现较为频繁和严重的滑坡，若粘土含量在 20%40%之间，则滑坡灾害不严重。评价水对排土场的稳定性的影响应重点考虑排土场汇水面积、排水能力和24h最大降雨量等因素。（四）滑坡泥石流灾害防治措施1 滑坡灾害防治矿山滑坡的防治工作主要包括三个方面：滑坡勘测评估、预

46、报监测、整治。滑坡灾害防治的原则应是以预防为主，治理为辅，防患于未然。国内外露天矿山在滑坡实践中积累了丰 富的经验，提出了一系列整治滑坡的有效措施，表8.5给出了国际地科联滑坡工作组（IUGSWG/L ）提供的治理措施简表，从防治方法上来看，分为四个类别，可归纳为“减、 排、挡、固”四字经验。（1）减。减重反压，减少扰动，改变边坡形态。 减小边坡角。通过把滑坡体上部推动滑移地段的土石方挖去，填压在下部抗滑地段， 减小下滑力，增大抗滑力，提高滑坡的稳定性。这是一种经常用来整治边坡的简便方法。对 于中小型边坡，可以采用削坡的方法，将滑坡体挖除，或采用定向爆破等导滑工程，将滑移 体引向固定地段，消除

47、滑坡危害。 控制爆破。在露天开采过程中，必须用爆破方法形成边坡。为了在这个过程中不产生边坡移动的隐患，最好的方法是采用边坡控制爆破技术，以减少爆破震动影响。 常用的有预裂爆破、光面爆破、缓冲爆破及减震爆破。（2）排。疏干排水。通过降低边坡岩体含水量，增加岩土体间有效应力，提高边坡稳定性。地表排水。在边坡岩体外修筑排水沟，防止地表水冲刷、切割， 或沿边坡岩体表面裂 隙下渗。排水沟坡度一般为 5 %。，断面大小满足最大降雨量要求，并定期维护，避免排水设 施堵塞。边坡顶面设置反坡，避免积水。对地面较大裂缝、施工钻孔等应采用砾石、碎石充 填，并对裂隙、钻孔口进行封堵。地下水疏干。地下水疏干有天然疏干和

48、人工疏干两种。当露天开采切穿地下水位时，地下水在渗流力作用下自流入采场。 通过采场排水使边坡水位降低， 形成天然疏干。人工疏 干一般采用水平孔疏干、垂直井疏干和地下巷道疏干等方法， 排除边坡体内地下水，以增加 边坡的稳定性。表8-5国际岩土学会滑坡治理措施简表改 变 边 坡 的 几 何 形 态1.1从滑坡的滑动区搬出物质1.2在滑坡抗滑区增加物质，反压护道或填土1.3减缓斜坡坡度支 挡 结 构3.1重力式挡土墙3.2框架式挡土墙3.3笼式挡墙3.4被动式桩、墩和沉井3.5现浇的钢筋混凝土挡墙3.6聚合物或金属的条或片的加筋挡土结构3.7粗粒材料的支撑扶壁（盲沟）（力学作用）3.8岩石边坡的固定

49、网3.9岩石崩塌的减缓和阻止系统3.10抗冲刷的保护性岩石或混凝土块排水2.1地表排水，把水排到滑坡区外2.2充填渗水材料的浅沟或深沟排水2.3粗粒材料的支撑盲沟排水2. 4用泵抽水或自流排水的垂直孔群排水2.5重力排水的垂直井群（大直径）排水2.6地下水平孔群或垂直孔群排水2.7隧洞、廊道或坑道排水2.8真空排水2.9虹吸排水2.10电渗排水2.11种植植物（水文作用）边 坡 内 部 结 构 加 固4.1岩石锚栓4.2微型桩群4.3 土钉4.4锚杆（预应力的或非预应力的）4.5注浆4.6石头的或石灰/水泥柱4.7热处理4.8冻结4.9电渗锚杆4.10种植植物（根系的力学作用）（3）挡。抗滑支

50、挡。 挡土墙。可分为重力式挡墙和钢筋混凝土挡墙，依靠自身重力和结构强度抵抗坡体下滑力。挡土墙设计要求在边坡坡脚部位修建，基础必须深入稳固基岩， 因此施工中要开挖部分坡脚，破坏边坡稳定性，因此需要分段挖砌，快速施工，不适用于临滑的危险边坡。 抗滑桩。抗滑桩是在边坡面上， 按一定布置方式垂直向下打入的深桩，用以支挡滑体的下滑。作用于桩体的滑坡推力一部分经由桩传至桩前滑体，另一部分由桩体传至滑动面以 下的岩体中，因此桩前滑坡推力减少，滑动体稳定性提高。抗滑桩承载能力大，工艺简单， 施工速度快，布置灵活， 在矿山治理边坡中应用较为广泛，且种类繁多，可分为弹性桩和刚 性桩两大类，多与其他支护手段联合使用

51、，可以达到很好的滑坡治理效果。（ 4）固。支护加固。 通过物理、化学、植物等方法提高边坡岩体强度，增强边坡稳定性。 锚杆（索）加固。可分为预应力锚杆（索）和注浆锚杆（索）两大类。锚杆的作用是 使滑坡体与稳固岩层联在一起， 在锚杆的挤压作用下， 使边坡中形成压缩带， 改变边坡岩体 的应力状态， 从而提高了边坡中不稳定岩体的整体性和强度， 增强了边坡的稳定性。 锚杆支 护是一种常见的边坡加固措施， 可以加固数个台阶规模的滑体， 如果被加固的岩体较为松散， 则应加设墩台、钢筋网等措施。 混凝土喷层加固。 向边坡表面喷射混凝土， 必要时可加设钢筋网、钢格栅等结构，在 边坡表面形成一定厚度的保护层，以避

52、免边坡岩体风化、潮解、剥落，地表水切割、下渗， 滚石滑落等。 注浆加固。 通过一定的压力， 向边坡岩体裂隙中灌入混凝土浆液， 以提高边坡岩土体 性质，封堵地表水下渗通道。 植物防护。通过种草、植树等，可以调节生态平衡，减少水土流失，稳固边坡表面土体，保护边坡坡面免受雨水冲刷， 减少温差及温度变化的影响， 防止和延缓较弱岩土表面的 风化、碎裂、剥蚀演变过程。（ 5）综合加固。当滑坡体超过 56 个台阶时，应考虑锚杆、喷层、注浆、抗滑桩、挡土墙和植被联合加 固的综合支挡措施。2泥石流灾害防治排土场泥石流灾害的治理重在防范， 应从选址、设计、施工等方面，从源头控制泥石流 的形成，同时加以工程措施治理

53、。（ 1）选择最合适的场址建设排弃场。要从优选地形、水文和工程地质条件、植被及周 边环境等因素入手，进行合理设计。避开塌方老滑坡、老泥石流、地下河，断层、破碎带、 软弱基底等不良地质区， 避免跨越流水量大的沟谷等不利因素， 适当改造有关条件， 以使之 适应实际需要。（ 2）合理控制排岩顺序避免形成软弱结构层。在排土过程中，宜采用选择性排土法， 即将排土场分为若干分区， 分别排弃不同构造性质的岩土， 并采用排岩机械及时整理排卸平台。在堆排过程中底部应先以大块废石垫底，以利渗透，稳固土体。（3）设立泥石流消能设施。开挖截水沟，消力池，导流渠，建立废石坝、拦泥坝等配 套设施，防止水土流失造成滑坡和泥

54、土流失等灾害的发生，增强排弃场的稳定性。（4）积极处理排土场基底，避免发生基地软弱层滑坡型泥石流。排弃场在投入使用前 应将基底植被清除干净， 自然地形坡度大于 1:5 的坡地应做成台阶状， 也可在基底进行爆破， 形成凹凸不平的抗滑面增加稳定性。对于基底表土或较薄的软岩层，可在排土之前开挖掉； 若软岩基底较厚， 则要控制排岩阶段的堆置高度， 以使基底得到压实和逐渐分散基底的承载 压力。（5）坡面防渗层。为防止大气降水对破面冲涮形成泥石流，对经过清理、整平、压实 后的平盘和斜坡，进行坡面防渗处理。防渗材料可选用采场剥离粘土， 沿坡面堆放后， 加拌 合料由推土机推平碾压，或局部喷射混凝土防渗，并结合

55、地表绿化固土。（6）植树造林，避免水土流失。在排弃场坡面合理地栽植林木，发挥林木对土壤的固 持力作用来增强抗滑性能。 在排土场下部宜种植深根性的高大林木， 使树木根系深入危险滑 面的纵深处， 增强排土场边坡的抗滑力， 并起到消减泥石流冲击力的作用。 在排土场上部种 植沙棘等耐旱性强、干矮根深、消耗水分大和蒸发量高的灌木，以提高排弃场稳定性。 （五）典型案例分析 1事故概况攀枝花钢铁集团公司石灰石矿自投产以来，设计规模年产矿石 2.5X 10%而实际生产能力为每年1.0X 106t左右，减产的主要原因是自1980年以来，采场先后发生 4次大的滑坡。其中最大的一次滑坡总量达1.9X 107t，覆盖了采场面积的 50 %，使采场工作线长度由1200m缩短到54