安家岭霖天扩排土场稳定性介析及工程治理

2005/9/14 10:08:32

摘要:落天采煤剥离岩土的排弃和排土场的形成，涉及到排土场的德定性，关系到矿山生产的安
全和人员的生命财产安全，此外，排土场造成新的水土流失。针对排土场的复垦治理，采用时比分
析方法，说明工程复垦的重妥性，并提出提高排土场稳定性的措施.
关链词:排土场;复垦治理;稳定性

1 引言
在露天采煤生产中，煤层顶板岩土的剥离存放，随着开采时空变化而逐步拓展扩大、加高、归
并、连接逐次形成大型松散堆集体，此松散堆集体即为排土场。如果排土场基底为黄土软地，加之排
弃速度远大于其自然沉降速度，决定了排土场的特殊性，如不均匀沉降、滑坡、土坡水份滩漏、强烈
的土坡任蚀、土坡密度的变化等不稳定隐患。在植被重建前期，合理排弃，进行工程复垦治理和坚固
松散体等工作非常重要。
2 研究现状
目前我国大型现代化礴天矿排土场复垦治理经验不足，又没有与我矿生产环境相近的可以借鉴的
国外成功经脸，国内仅安太堡庵天矿的建设规模、采矿工艺与我矿相似，同时两矿毗邻，自然及气候
条件也相似，因此可以借鉴的范围比较窄。现有的经脸是:① 对排土场荃底，如遇松软土层，应采
取相应措施，以大石块铺垫或设抗滑桩，尽最形成硫水基底;② 对排土场主体，排弃时应实行岩土
混排，尽f不留空隙，③ 按国外或国内南方辱天矿惯例，平台构筑以搜原表土为主，扭后用机械整
平;而安太堡矿以直接铺援黄土母质为主，堆状地面扭土;④ 边坡构筑时彼土厚度为50 -150 cm,
而安太堡矿不搜或薄层扭土(20 cm)。

3 研究区概况
安家岭矿与安太堡矿相邻，位于东经112` 17'至112`26'，北纬39` 24'至39`32';同属
典型的大陆性季风气候，冬春寒冷干早、少雨多风，夏季降水集中，秋季凉爽少风:年均降水t
449 mm(井坪站1953-1985年)，且集中在7,8, 9月，占全年降水量的75%，分布极不均匀。
矿建初期(8年内)剥离岩土主耍排弃在内外排土场，内排土场是由采掘坑回填形成，其基底由较坚
硬的砂岩和砂质泥岩组成，强度较高，地基承载力强，为光滑隔水基底;外排土场(分东区、西区)
是一个占地面积大，座落于黄土软地基上的大型松散堆积体，其稳定性是首要考虑的问题。
4 稳定性分析及复垦治理措施
工程复垦总的来说就是2个过程的延续，一是地貌重塑过程，即排土场基底构筑和主体构筑过
程;二是人工进行土体再造，形成复垦种植层的过程，即排土场平台和边坡构筑过程。对每一过程，
每一阶段，结合国内、国外经脸，进行对比剖析，从中寻求适合我矿的方法，力求整体治理。

4.1 排土场基底构筑
初期形成的东排、西排基底地表的地质层从上至下为黄土状粉土、黄土状粘土、红粘土和基苔，
土体承载能力决定着排土场的稳定，而土体的含水且又决定土体的强度。土体含水量低，则土体强度
高，称定承载力强。矿基底构筑的核心就是形成“琉水型”的基底，确保基底地面排水通杨。
通过对安家岭矿排土场边坡稳定性的分析，计算出3个典型剖面的租定系数分别为1.32, 1.42,
1.39。根据安太堡矿南排1991年突发的大型座落式滑坡教训，在排土场岩土排放初期，采取以下基
底处t措施有利于排土场的整体稳定。
(1)外排土场基底大都为黄土状粉土搜盖，其厚度大约为40-80m;不利于基底排水，但大面
积清除又不可能，在一些重要区段应适当清除。
(2)外排土场基底原有的地面排水系统在排弃物压占后仍要基本保持排水杨通，这就要求在排土
场基底，尤其是沟整充坟高钙、低钠难以风化的大石块，利用排水系统加强排土场形成后的基底琉
水、导水和排泄。
(3)内排土场基底不存在松软土层问题，但对局部光滑的荃底应进行爆破处理，增加其粗糙度，
必要时荃底设里基柱、临时挡绮及抗滑桩。
4.2 排土场主体构筑
排土场主体构筑指排土场构筑完的基底至排土场表层扭土的空间范围。
在现代化的大型尽天矿，因排弃速度远远大于岩土的自然沉降速度，故往往造成在排土场尚未形
成前就发生整体失艳，甚至无法继续排弃。因此，在进行排土场主体构筑时，要求扇形推进和多点同
时排弃。借鉴安太怪矿的排土经脸，还应采取如下措施:
(1)在满足地表厚层搜土的前提下，尽且采取岩土棍排工艺，在排弃过程中，细顺粒的黄土可部
分充坡到岩块裂缝中，增加空隙部分的岩土容量，减轻非均匀沉降程度。
(2)逐层堆垫，逐层压实，减轻后期的非均匀沉降。
（3）排弃时使用的临时道路，因有一定的倾角，且透水性差‘废弃后上部断续排弃，可能形成局部滑坡潜在危险段，应首先排放大块石然后进行土石
混排。
(4)皮带运输机附近的部位，也应排弃难风化、粗粒级的岩石。
(5)选煤厂选出的煤研石及煤泥，含水较多，应分散排弃。
(6)对局部出现的有害岩层和物质应采取“包埋”、“压埋”。
(7)做好排土场周围的排水系统，防止在主体构筑过程中内部已侵入过多水分。
4.3 排土场平台构筑
排土场平台搜什么样的物质最合适?国外和我国南方露天矿的惯例是搜原表土。如何援最有效?
大型露天矿排土场面临2大问题，一是重型卡车碾压，使平台地层严重压实:二是非均匀沉降，产生
沉陷裂缝。如安太堡矿排土场机械平整后，地表干密度为1.70 g/cm'，表层30二耕翻后干密度降至1.25 g/cm'，至种草潜时又增为1.40 g/cm',经历半
个雨季增为1.59 g/cm',覆原表土存在的问题是:土坡压实造成植物扎根困难和大最地表径流:裂缝
存在，径流汇集钻入裂缝，集中下渗，其渗水或从下伏边坡间出辱，诱发崩场、滑坡和坡面泥石流或
钻入基底，降低基底承载力，整体失称。故排土场平台构筑应采用;
(1)黄土母质直接铺顶，破除“原表土单独剥离存放”惯例，直接复垦种植，通过牧草种植、无
机肥使用、绿肥压青、动物的过腹还田等生土熟化措施，其生产力可在短期内(3一5年)高于原表
土的生产力。
(2)堆状地面排土，其技术要点是:
大型运输卡车在平台上排土后，不砚压，人工轻度
推堆顶尖，使扭土层呈蜂窝状起伏，表面凹凸不
平。特征是:土堆面积50m2矿左右，高度1.5一2.5
m;体积100矿左右。密度:。一30 cm为。.94一
1.03沙矿;30一80，为1.01-1.16g/cm:80一250
cm为1.27-1.35沙矿。功能是:①境补裂缝，虚
土在一定程度上可在沉降时自动埃补裂缝、陷坑，
增加排土场德定性和安全性;② 控制汇流，可将
水面积控制在100扩之内，不会形成大面积汇
水，可容纳百年一遇大暴雨;③ 强化入渗，通体疏松，入滩性好，稍加整理，即可种植。在1.03
mm/min降雨强度，50 min历时降雨下，水分入渗率达96%，比未种植的土地高28%，比压实的地
面高760%.
4.4 排土场边坡构筑
按常规的排土场设计要求，排土场边坡表层硕土厚度应为50~150 cm。根据安太堡矿的经验，
按此要求不妥，因为矿区所在地雨季集中，遇暴雨发生“剥皮”和坡面泥石流，水土流失严重，危及
矿山安全生产。故我们采用以下措施:
(1)修筑挡水堵，阻止平台径流汇入边坡，杜绝切沟和冲沟的发生。
(2)坡脚放大石块，拦截地面下移泥沙。保护坡脚排水集系。
(3)坡面尽量采用土石混排，表层排弃易风化的泥岩或泥质砂岩，土多石少坡直接栽种;土少石多坡顶薄土(厚度20 - 30 cm)，采用沿坡逐坡下移法回填栽植，局部碎砾坡搜土困难，可采用客土
栽植。
4.5 排土场排水架构筑
据矿区气候特点，除设置必要的，水工程外，还而设It liz,要的排洪架道，以确保排土场的稳定。
安太堡矿田间工程试脸结果表明，新形成的排土场存在产重的非均匀性沉降，故初期应以临时性
非硬化排水集为主，如土渠、土袋、石砾沟、宽浅干砌集等排泄大暴雨时局部的地面径流;但在一些
!要区段及硬化、砚压、毯定不变的路面可设置永久性硬化骨干排水菜，如桨砌菜、铁丝石筐等排泄
大暴雨时的地表径流。上述排水形式适合的条件、对菜底称定要求、硬化程度、易修复性见表1.
4.6 草、灌、乔合理配置模式
国外植被恢复是“以草先行”，但根据我区气候特点及山西省水土保持科学研究所的试验，原黄
土地貌控制水土流失的有效植被覆盖度仅为75%,结合我矿排土场特点，应乔、灌、草混交，坚持生
物多样性原则，避免结构单一，形成空间立体模式，尤对边坡应为上坡草.中坡草、灌，下坡和坡
脚加大乔、灌比例和密度，将有效植被授盖度控制在85%以上。
5 结论
(1)经过工程复垦治理的外排土场，当边帮角为200时，其称定系数可达1.32一1.42;内排土场
当边帮角为200时，称定系数可达1.40.
(2)经此治理的排土场，自然沉降由不稳定到稳定约需1o年时间或更短。
(3)不会发生大的重力俊蚀危容(如滑坡)。
(4)合理的地貌重塑和土体再造，消除了对植被恢复有影响的生存性限制因子。
(5)由于复垦力度大，植被盖度要求高，水土流失将在短期内得以控制。

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