《矿业研究与开发》前沿研究动态|长沙矿山研究院有限责任公司潘懿：矿山排土场软弱基底控制技术应用研究

2023-09-26

引用格式

潘懿, 罗园园, 蒋豪, 等．矿山排土场软弱基底控制技术应用研究[J]. 2023, 43(9): 34-40.

PAN Yi, LUO Yuanyuan, JIANG Hao, et al. Research on the Application of Weak Foundation Control Technology in Mining Waste Disposal Site[J]. Mining Research and Development, 2023, 43(9):34-40.

研究背景

随着露天矿的持续开采，排土场垮塌和滑坡等事故频繁发生，给矿山带来了巨大的经济损失。排土场滑坡通常表现为坚硬基底排土场的变形破坏和软弱基底排土场的变形破坏两种形式。针对大面积软弱基底难处理的问题，研究人员提出了抛石挤淤加固基底的技术,该技术最先应用于海堤加固。经过数十年的发展与完善，抛石挤淤加固基底技术在矿山、水库、道路等多类工程上得到了广泛应用，其中，排土场抛石挤淤技术是将大石块抛入软弱基底层，直至石块依靠自重或人为夯实作用将软弱基底挤出，石块与填充入石块间隙的软弱物形成较高强度的堆积体，形成新的具有较强承载力的新基底，以充分保证上部排土场边坡的稳定性。作者针对矿山排土场普遍存在的软弱基底承载力不够、易产生液化滑坡风险的问题，以刚果（金）SICOMINES铜钴矿排土场为工程背景，采用现场调查、工程地质勘察、现场及室内试验、理论计算以及数值模拟相结合的方法，对排土场堆置高度、固结沉降、安全系数及软弱基底控制方法展开了研究，为矿山排土场软弱基底控制提供技术支撑。

文章亮点

以刚果（金）SICOMINES铜钴矿排土场为工程背景，采用工程地质补勘、现场踏勘、地基土原位测试试验、散体岩土现场试验与室内直剪试验等手段，对排土场堆置高度、固结沉降、安全系数及软弱基底控制方法展开了研究。得出了软弱基底条件下矿山排土堆置过程中的最大堆置高度、固结沉降规律、各区域安全系数及潜在滑动面分布，在此基础上提出了“抛石挤淤、外围截水、优化排土”的软弱基底控制措施。治理措施实施后，排土场安全系数提高了5％~8％。

图文解析

排土场典型工程地质剖面如图1所示。场地上覆地层主要为露天矿开采废石堆积形成的人工填土及选矿排放的尾矿砂、第四系全新统冲洪积、坡洪积粉质黏土、砾砂、圆砾，其下部为元古界白云质砂岩、泥质砂岩。其中，尾砂、粉质黏土和全风化泥质砂岩为软土层，承载力低，埋深为1.5~4.5 m；强风化泥质砂岩和中风化泥质砂岩为排土场主要基岩岩层，强度较高，承载力强，埋深为18~118 m。

《矿业研究与开发》前沿研究动态|长沙矿山研究院有限责任公司潘懿：矿山排土场软弱基底控制技术应用研究

图1 排土场工程地质剖面

堆置至+1420 m水平的地基变形情况如图2所示。采用GEO5岩土设计和分析软件进行地基承载力的固结沉降数值模拟，对滑坡区域典型的剖面分层堆置过程中的固结沉降进行数值模拟分析，分别以粉质砂岩、淤泥素填土为基地模拟堆置至+1420 m、+1440 m、+1450 m、+1460 m、+1480 m 水平下的地基变形情况与各水平地基固结状况。通过数值模拟得出堆置第一层地基最大沉降值为1.27 m，随着堆置高度的增加而增加，堆置到+1480 m时，最大沉降值为2.70 m。堆置至+1450 m平台之后，地基随固结时间的增加而变化，地基变形随堆置高度而缓慢变化，从固结时间曲线可以看出，当排土场堆置15 d后，基底固结度达到75%，基本达到了稳定变形。

图2 堆置至+1420 m平台的地基变形情况

排土场典型剖面稳定性二维计算结果、排土场稳定性三维计算结果分别如图3、图4所示。采用RocscienceSlide2、Slide3分别对排土场不同区域二、三维稳定性状况进行了计算分析，得出了不同区域排土场稳定性状况。SICOMINES 铜钴矿排土场稳定性计算结果表明：（1）排土场边坡西侧多处安全系数较低，安全系数较低区域集中在尾砂层上方，最小安全系数为1.055；（2）排土场东侧大部分区域处于基本稳定状态，但因受不良基底影响，安全系数储备不足；（3）造成排土场局部安全系数较低的主要原因为设计台阶段高过大、软弱基底强度低，潜在滑坡动面均从坡脚剪出。

图3 排土场典型剖面稳定性二维计算结果

图4 排土场稳定性三维计算结果

排土场西北部积水区域有粉质黏土3-21淤泥层、少量尾粉砂及尾细砂厚度1~13 m，地基承载力较差。考虑到排土场稳定性受软弱基底深度和强度控制，在地下水、坡度与坡向等因素影响下，软弱基底抗剪强度低、承载能力差，易发生地基剪切破坏，导致排土场失稳、滑坡，提出采用抛石挤淤对积水区域进行基底预处理。积水区域地基预处理范围如图5所示。采用大块石进行堆排，并碾压固结，碾压的密实度为75%，堆排高度不小于6.6 m。抛石挤淤的过程整体由东南向西北挤压式推进，推进过程中如出现大面积淤泥堆积，将淤泥清理后再挤压式推进，按废石自然安息角排放。