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1、影响露天矿排土场稳定性因素研究154童娃晨纠技2011年第3期影响露天矿排土场稳定性因素研究崔斌,赵汝辉,杨晓晨,豆林涛.(1.中国矿业大学矿.ik.r-程学院,江苏徐州221008;2.中国矿业大学理学院,江苏徐州221008)摘要排土场是露天矿采掘剥离废石的排弃堆积体,其稳定性受自然地理特征,基底特征,水文地质条件开采工艺,排弃物的物理力学性质等因素综合影响,如何有效的分析利用这些因素,合理设计规划排土场是露天矿开采的重要课题,对于减少占地和环境污染,提高排土效益,保证工程安全有重要意义.关键词排土场稳定性因素中图分类号TD854.7文献标识
2、码A排土场是露天矿剥离物的堆积场所,由排弃物和基底两部分组成.排弃物可能是土,岩石土岩混合物,基地可为土层或岩层.按不同标准排土场分为多种类,不同类别的排土场具有其不同的稳定特点,同时影响排土场稳定性的因素也各不相同.1自然地理,基地岩层埋藏特征自然地理因素包括排土场基底地形,地表水流特征,大气降水,边坡冻结和融化等.按排土场基底倾斜与否可分为倾斜基底排土场,水平或近水平基底排土场.当排土场基底面的倾向与排弃物边坡倾向相反时,边坡稳定性较好,相同时稳定性差.但如果基底面局部倾角大于排弃物的自然安息角,则排弃物的边坡不会在基底的陡坡上形成.因而当形
3、成排土台阶,且排土工作面离开陡坡一定距离后,排弃物的边坡便不再受陡坡影响.几种关系见图1./二≥.二—a一两种边坡倾向相反c一基底面局部倾角大于排弃物自然安息角图1排弃物边坡与基底边坡的关系排土场位于洼地,泄流不良的低地时,大气降水会严重影响排土场的稳定性.我国排土场的滑坡主要发生在南方,特别是雨后;对于位于纵坡较大的沟谷中的排土场,暴雨后还常产生泥石流.北方,排土场滑坡较少,发生时主要在雨季.寒冷地区冬季的排土场表面冻结至一定深度,在有补给水时排土场内部可形成冰冻夹层,解冻后形成弱面.含水土岩冻结可破坏土岩结构,解冻时降低强+收稿日期:2011
4、—02—28作者简介:崔斌(1988一)男,在校本科生,研究方向:露天矿高大边坡稳定性研究.度.这些都会降低排土场稳定性.基底岩层埋藏特征主要指层状基底内的层面,软夹层等大型结构面的产状及其离基底面的远近等.大型结构面倾向与排弃物边坡相同且倾角较大,离基底较近时排土场稳定性差,露天矿的内排土场常有这种情况.1一双相带;2一三相带;3一高含水带;4一滑动面图2排土场内的高含水带2水文地质因素直接位于排弃物下部的基底土岩含水时,由于毛细管水的上升作用,排弃物的下部被水浸润,湿度增加,强度降低,对土质排弃物的影响更大.含水的粘性,粘土质岩石的排弃物排至
5、一定高度时,排弃物下部被压密,由于空气,水,土岩二相状态,排弃物内产生孔隙压力水上溢;而上部的水如大气降水等下透,从而排土场内形成高含水带.该带未压密,孔隙为水充填所致,滑动面即易沿该带形成.透水良好的排弃物当补给水较多时可在其内部形成渗流水,产生渗流引起的孔隙水压力.降水渗入排土的深度与排弃物性质,结构有关,渗入粘土类土岩时较浅,砂土岩时较深,对于坚硬的块状岩石,可渗致基底.含水或排土后吸水的土或软岩基底,当排弃物堆筑至一定高度后也会产生孔隙水压力.孔隙水压力对排土场稳定性极不利,如会减少土岩颗粒间有效正压力,从而减少土岩抗剪强度.如果基底内含
6、水层和排弃物之间被弱透水的粘土质岩层隔开,则含水层的承压孔隙水压力也会降低含水层的抗剪强度.对于露天煤矿,当水头高时,承压水可能突入内排土场.在含水层的非工作帮上设置内排土场时,如非工2011年第3期东堪jil科技155作帮排水不良,则含水层的水会补给排弃物,甚至形成渗流.采用无运输开采方法时,有时排弃物需暂时堆放于工作帮,如工作帮岩层含水,则排弃物得到含水层的补给水.因此,考虑排土场的含水情况时,不但要考虑原剥离土岩的含水情况,排土场的地形,大气降水情况,而且要考虑排土场基底含水条件,对内排土场,还要考虑有关工作帮或非工作帮的含水条件.3开采工
7、艺因素影响排土场稳定性的开采工艺因素有多种,主要有不同岩种剥离台阶的开采程序与排土程序,排弃岩石的块度,排土方法,排土带宽度与排土工作线的推进速度,排土台阶与排土场的高度等.采场内不同开采程序和推土程序可以使排土场中形成不同的排弃物分层,其抗剪强度不同,排土场的稳定性也不同.如采场上部常是低强度的表土或风化岩石,其下则为较高强度岩石.通过合理的设计开采,排土程序,如使排土场底层排弃较高强度透水岩石,则可增加整体排土场的稳定性.剥离物在排齐过程中,其块度常沿排土台阶呈自然分布,大块滚落于台阶下部,中小块分布在台阶中部及上部.砂土与粘土混合排弃时,含
8、水的粘土块度大,滚至边坡下部,而砂土则易粉碎成细块,留在边坡上部,使排土场底部形成透水性差的软弱层,易形成滚动面.如用挖掘机排土且卸载高
