排土场泥石流灾害分析与防护.doc

排土场泥石流灾害分析与防护 屈春阳 建筑与土木工程（在职硕士） 露天矿排土场稳定性对于矿山安全生产都具有重要的意义。在我国重点冶金矿山中，露天开采占70%以上。近年来随着露天开采规模的日益扩展，露天矿排土场除了占用大量的山林、耕地和造成严重的环境污染之外，排土场的滑坡及泥石流也给矿山安全生产带来严重灾害。为了矿山安全生产和控制排土场可能产生的灾害，需要对排土场稳定性进行研究并采取相应的治理措施。 很多矿山排土场多建造在丘陵和山谷地区，地形起伏变化大，条件复杂，地形较高一般从几十米到300m，排土场地基坡度一般为10-50°，地基多有表土和软岩覆盖层，厚度从0.5m到10m左右。基岩比较稳固，承载能力较强，排土场地基不稳往往是由于表土层松软，受外荷载作用而产生滑动。 矿山排土场的灾害形式因地质、地理、气象等自然条件不同而异，按其对环境危害的表现形式，大体上可分为三类： (1) 排土场滑坡。排土场滑坡是排土场灾害中最为普遍、发生频率最高的一种，因松散岩土在自身应力和外部条件影响下产生大规模错动和滑坡，并对环境造成破坏性危害，按排土场滑坡产生机理又分为排土场与基底接触面滑坡、排土场沿基岩软弱层滑坡和排土场内部滑坡三种类型。 (2) 排土场泥石流。大气降水和地表水对排土场散体的浸润和冲蚀作用使排土场边坡初始稳定状态发生变化，其稳定性条件迅速恶化，初期排土场为三元介质体（固体颗粒、空气和附着水三相组成）而转变为液固相流体流动—泥石流对环境造成很大危害；排土场泥石流从成因上一般分为水动力型泥石流和滑坡型泥石流。水动力成因泥石流是大量松散的固体物料在动水冲刷作用下沿陡坡地形急速流动，堆积在汇水面积大的山谷地带。滑坡型泥石流是岩土遇水软化，含水量达一定量时，便转化为粘稠状泥石流；它也可能由滑坡体在雨水作用下直接转变为泥石流。 (3) 排土场环境污染。排弃在排土场的岩土会产生有毒气体或液体，携带有害粉尘或泥沙对排土场周围环境、空气、水源和农田造成污染性危害。 由于排土作业时散体颗粒的重力分选作用，微细颗粒、中小颗粒、大块岩土自然地分布在排土场坡面的上部、中部、下部。微细颗粒只分布在坡顶以下1/3边坡范围内。国内外露天排土场统计资料证实，当排土场中散体粒径小于5mm的细粒含量大于15%-20%时，就会发生排土场泥石流；当粒径小于5mm的细粒含量大于40%时，就会失稳滑坡。微细粒含有大量的孔隙水（结晶水、薄膜水自由水），当薄膜水厚度增加时，水分子之间的粘滞力减小，土粒之间容易滑动，单个土粒周围存在毛细水和重力水，重力水是重力作用下载土中移动的自由水，具有溶解能力，能够传递静水压力，并在水头作用下产生动水压力而影响土体稳定性，产生滑坡及泥石流。 1引言 矿山泥石流是山地地区矿产资源开发过程中废石渣堆放引发形成的人工泥石流。矿产资源开发在促进山区社会经济发展的同时，修筑道路、修建工业场地、露天剥采及井下开采等过程中，排放的废石渣堆积在山坡上及沟谷中，破坏及与压占土地植被，造成或加剧水土流失，恶化生态环境。在强降雨、水库溃决、冰雪消融等水动力激发下形成矿山泥石流失。大多数情况下，形成矿山泥石流的固体物质来源于采矿过程中排放的废石渣，由于废石渣的特点，矿山泥石流的形成与防治有别于自然泥石流或其他人工泥石流。相对于自然泥石流，目前矿山泥石流的系统研究尚处于初始阶段，多偏重于矿山泥石流个案研究。由定义可见矿山泥石流属于人为泥石流的范围。大量研究资料显示，在人类开始大规模改造自然环境以来泥石流灾害的发生、发展，在一定程度上与人类活动有着密切的联系，很早就有人认识到人类活动是影响和诱发泥石流灾害爆发的重要因素。 1.1国外矿山泥石流研究现状 国外学者将矿山泥石流和其他采矿事故归为一类进行研究，因此专项研究矿山泥石流的文献比较少见。1972年加拿大不列颠哥伦比亚省SPanwood发生尾矿泥石流，造成2人死亡。80年代，Britannia铜矿区又发生一系列泥石流灾害，冲毁桥梁、房屋，造成11人遇难。灾后使用1500万美元用于修筑挡墙、挖深疏通行洪通道必]。2010年3月14日， ONENewS发出警告：泰晤士河流域采矿活动将会造成洪水或泥石流灾害。加拿大学者 0Hungr(2002)研究了加拿大不列颠哥伦比亚省采矿废弃物流的形成机理，提出采矿废弃物的失事是由于细粒物质在水的作用下流变侵蚀导致的。在国外的文献中，矿山废弃物引发的泥石流往往被称为“flowslides”。 1.2我国矿山泥石流研究现状 中国泥石流研究从起步时就注意了人为活动对泥石流爆发的影响作用，许多泥石流专家分别从地学、生态学等不同角度进行探索。但大都将人类活动作为一种间接因素。由于人类大规模的开垦荒坡、砍伐植被、超载畜牧，破坏了生态平衡，进而促使泥石流的发生和发展。