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排土场安全
辽宁科技学院教案
课题名称
§7排土场安全
课次
第(13)次课
课时
2
课型
理论(√);实验();实****实务****题课();讨论();其他()
教学目标
了解排土场安全设计要求;掌握排土场破坏的方式和原因;掌握排土场综合治理措施。
重点、难点及解决方法
重点:排土场破坏的方式和原因;排土场综合治理措施。
难点:排土场破坏的方式和原因。
解决方法:图解法和列举案例进行讲解。
教学基本内容与教学设计
1、简介本次课的基本内容
2、教学进程和教学时间具体安排
§排土场概述,45分钟。
§排土场病害防治与稳定性措施,45分钟。
教学方法
讲授法、案例法等
教学手段
板书
参考资料
《采矿手册第3卷》、《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421—2007)
《采矿设计手册2矿床开采卷(上)》
学****效果评测
作业
1、排土场的滑坡分为哪几种
2、排土场综合治理措施有哪些
教学后记
辽宁科技学院讲稿
教学内容
备注
7排土场安全
排土场概述
一、排土场定义
又称废石场,是指矿山采矿排弃物集中排放的场所。排弃物一般包括第四系表土、风化岩土、坚硬岩石、有时还包括暂不能回收的表外矿等。为保证土场的安全和将来重新利用,排弃物根据种类的不同需单独堆放。
二、排土场分类
分为内部排土场和外部排土场两种
1、内部排土场
定义:剥离物堆放在露天矿场的采空区内的排土场。是最经济的排土方法。
适用条件:
(1)开采深度30~50米之内,倾角小于5°~10°的矿体;
举例:武家塔煤矿采用索斗铲剥岩,岩石不用运输,直接用铲将煤层覆盖岩层剥离到采空区内。
(2)分期分区开采的矿山,后期开采的剥离物可堆放在前期开采的采空区内。
举例:澳大利亚兰伯特角磁铁矿采用分区分期开采,后期剥离岩石排弃到首采区采空区内。
2、外部排土场
定义:剥离物堆放在露天采场境界以外的排土场。
三、排土场场址选择
(1)应选择在山坡、山谷的荒地,尽量少占耕地农田,避免迁移村庄;
注:根据对我国冶金露天矿的调查,排土场的占地面积为矿山总占地面积的30%~50%,国家对矿山征地的要求越来越严格,尤其占用耕地的批复更加困难,不少矿山被逼无奈,由露采转为地采。比如:本钢贾家堡子铁矿征地至今未批。
(2)尽量选择在位于露天采场、井口、硐口附近的开采境界以外,缩短运距;
注:在露天矿中,运输成本约占岩石剥离成本的40%左右,而运距的长短又是运输成本高低的主要因素,因此就近选择排土场尤为重要。
(3)应保证不致威胁采矿场、工业场地、居民区、道路、耕作区、水域、隧洞等的安全,应符合安全距离的规定;
注:当排土场未采取防护工程措施时,排土场最终坡底线与保护对象间的安全距离应符合以下规定:《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421—2007)
国家铁(公)路干线、航道、高压输电线路:~
矿山铁(道)路干线:不宜小于
露天采矿场开采终了境界线:应大于或等于30m
矿山居住区、村镇、工业场地等:≥
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教学内容
备注
(4)选址应有可靠的地质资料、不宜建在可能有地质灾害发生的地段;
(5)应尽可能选在居民点的下风地带,防止粉尘污染居民区,防止有害成分带入河流和农田。
四、排土方式分类
排土方式主要包括:人工排土(窄轨铁路人工翻车)、铲运机排土(装运排)、汽车运输——推土机排土、铁路运输——电铲或推土犁排土、胶带运输——排土机排土等排土方式。其中,后三种排土方式为露天矿山排土主要方式。
1、汽车运输——推土机排土
特点:机动灵活,爬坡能力大,适宜在地形复杂的排土场作业,宜实行高台阶排土,排土场内的运输距离较短。
适用条件:
①工序简单,排放设备机动性大,各类型矿山都适用;
②岩土受雨水冲刷后能确保汽车安全正常作业或影响作业时间不长。
2、铁路运输——电铲或推土犁排土
适用条件:
①排土场基底稳定,其平均原地面坡度≤24°;
②所排岩土力学性质较好;
③排土段高:电铲≤50m,推土犁≤30m;
④排土线有效长度≥3倍列车长。
3、胶带运输——排土机排土
适用条件:
①排土场基底稳定,其平均原地面坡度≤24°;
②所排岩土力学性质较好;
③排土线有效长度能使移道周期控制在2~3个月内。
注:初始路堤的修筑。
排土机排土方式:根据移置式胶带机移置规律分为扇形排土、矩形排土和混合式排土等方式。根据排土相对标高分为下台阶排土和上台阶排土两种方式。
五、排土场堆置顺序
排土场的堆置顺序分为:单台阶排土、覆盖式多台阶排土、压坡脚式组合台阶排土。
1、单台阶排土(图a)
适用条件:多数为汽车排土,排土场地形为坡度较陡的山坡和山谷。适合于堆置坚硬岩石,排土场基底要求不含软弱岩土,以防止滑坡和泥石流。
特点:排土场高度大,沉降变形大;单位排土线受土容量大,移道、修路等辅助作业量少。国内外一些山坡型单台阶排土场高度可达数百米。
比如南芬矿2号排土场高度在200~300m以上。
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备注
a
2、覆盖式多台阶排土场(图b)
适用条件:适用于平缓地形或坡度不大而开阔的山坡地形条件。
堆置方法:按一定台阶高度的水平分层由下而上逐层堆置;也可几个台阶同时进行覆盖式排土,并保持下一台阶超前一段安全距离。
堆置原则:为降低运距,在总体上应达到上土上排和下土下排。
堆置安全:基底岩土层的承载能力和第一台阶的稳定性,对于整个排土场的稳定和安全生产起着重要作用。原则上要控制第一台阶高度,以不超过20~25m为宜,当基底为倾斜的砂质粘土时,高度不应大于15m。第二、第三……后续各台阶高度可逐渐加高。
3、压坡脚式组合台阶排土场(图c)
适用条件: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,既能就近排土,又能满足上土上排、下土下排的要求。
堆置方法:上一台阶在时间和空间上超前于下一台阶,排土过程为先上后下。
堆置原则:为降低运距,在总体上应达到上土上排和下土下排。
堆置安全:先期剥离大量的表土和风化层被堆置在上水平的排土台阶,而在下部和深部剥离的坚硬岩石,则堆置在后期的排土台阶,压住上部台阶的坡脚,起到抗滑和稳定坡脚的作用。但每个台阶的堆置过程中所暴露的边坡高度仍然很大,也存在边坡稳定问题。
六、排土场总容量
排土总容量应与设计的总剥离量相适应,排土场有效容量为:
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备注
排土场病害防治与稳定性措施
一、排土场事故案例
案例一山西娄烦县太钢尖山铁矿排土场特大垮塌事故
事故概况:2008年8月1日,山西省太原市娄烦县境内的太原钢铁(集团)有限公司矿业分公司尖山铁矿发生特别重大排土场垮塌事故,造成45人死亡、1人受伤,直接经济损失3080万元。
《嘹望东方周刊》社会新闻调查部主笔孙春龙在8月3日了解到该事故的遇难人数为9名,这是个敏感的数字,他就怀疑有瞒报,因为10是一个坎,超过就属重大事故;30又是个坎,超过属特别重大事故。于是他到实地调查,一家一家去落实遇难者人数,晚上也不敢住宾馆,最后落实遇难者为41名。于是他于9月14日给山西代省长王君写了一封检举信,他的博客被大量转载,直至惊动了中央,9月17日温家宝总理下令成立事故调查组彻查。他的检举才得到了官方的认可。
事故直接原因:
(1)排土场地基为第四系上更新统黄土,承载能力较差;
(2)尖山铁矿违规超能力排放;
(3)排土场设计依据不充分,缺少地勘资料,没有施工图;
(4)没有对排土场进行认真监测、监控;
(5)对周边(坡脚下)群众未组织搬迁撤离。
事故间接原因:
(1)太钢尖山铁矿对安全生产工作不重视,安全责任不落实;
(2)4月份发现裂隙,采取措施不利;
(3)隐患排查治理不认真、走过场;
(4)当地政府及相关部门安全监管不力,没有督促企业整改重大隐患、撤离排土场脚下的群众。
事故处理:37名事故责任人受到责任追究,13名事故责任人追究刑事责任。其中矿方有6人,分别是尖山铁矿矿长、党委书记闫确娃,副矿长王建中,总工程师臧龙,工艺质量科科长任建国,规划管理科科长王海林,工艺质量科采矿组专业负责人赵国成。
案例二南芬铁矿2、3、4号排土场三次滑坡事故
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二、排土场基底承载能力及台阶极限高度
1、排土场在排土初期基底压实到最大的承载能力时,排土场的堆置高度按下式计算:
2、在基底处于极限状态,失去承载能力,产生塑性变形和移动时,排土场的极限堆置高度按下式计算:
三、排土场的沉降变形
1、排土场沉降变形原因
散体物料在自重力和外载荷作用下逐渐压实和沉降,由原来的三元介质体(固体颗粒、水和空气),因空气被挤出,孔隙缩小或被充填而形成两元介质体(固体颗粒和水分)。
2、排土场沉降变形规律
这种沉降变形随时间和压力而变化,在排土初期沉降速度较大,随着时间的延续和排土场的压实,沉降速度逐渐缓慢下来,沉降过程延续数年。见下图
3、排土场沉降系数
排土场沉降系数按下式计算:
排土场沉降系数变化于~之间。
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四、排土场滑坡
排土场滑坡分为三种,分别是:排土场内部滑坡、沿排土场与基底接触面的滑坡、沿基底软弱层的滑坡。分别见图a、b、c。
(一)排土场内部滑坡
1、排土场内部滑坡特点
基底岩层稳固,由于岩土物料的性质、排土工艺及其他外界条件(外载荷和雨水等)所导致的排土场滑坡,其滑动面出露在边坡的不同高度。
2、排土场内部滑坡机理
若排土场岩石破碎,含较多砂土,并具有一定湿度时,新堆置的排土场边坡角较陡(38°~42°左右),随着排土场高度增加,继续压实和沉降,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动面上的摩擦阻力,因而可能导致滑坡。在边坡下部的应力集中区产生位移变形或边坡鼓出,然后牵动上部边坡开裂和滑动,最后形成抛物线形的边坡面,即上部陡、下部缓,以直线量度的边坡角通常为25°~32°。
3、排土场内部滑坡有关因素
主要有排土场内部含有软弱夹层和排土速度过快等原因。
排土场内部滑坡多数与物料的力学性质有关,如含有较多的土壤或风化软弱岩石,当排土场受大气降雨或地表水的浸润作用,使排土场的稳定状态迅速恶化,造成内部滑坡;其次是排土速度过快,造成土场沉降极不均匀,导致内部滑坡。
4、治理措施
(1)土壤或风化软弱岩石不能集中排弃,应分散排弃或单独堆放。
(2)加长排土线长度,减慢排土横向推进速度,让土场有足够的沉降期。
(3)雨季应加强土场的监测和管理,减少土场排弃量。
(4)排土场平台形成2%~3%的反坡,防止雨水冲刷坡面。
(5)排土场平台用不透水性粘土覆盖碾压,防止雨水渗入土场内部。
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(二)沿基底接触面的滑坡
1、滑坡机理
当地面横坡大于24°时,容易形成沿基底接触面滑坡。比如,南芬矿2号土场滑坡。
2、治理措施
(1)对土场基底进行爆***理,形成鱼鳞坑。
(2)将土场基底做成台阶形式。
(3)清除土场基底表面腐植土,严禁向基底排弃表土和风化层等废弃物。
(4)对基底表面和浅层水进行排泄和疏干。
(三)软弱基底鼓起引起排土场滑坡
1、滑坡机理
2、治理措施
(1)清除软弱基底;
(2)夯实碾压;
(3)多台阶排土,降低第一分层高度,延长沉降时间。
五、排土场泥石流
1、形成泥石流的基本条件
2、排土场泥石流治理措施
(1)含有丰富松散岩土的排弃物应单独存放在难于形成泥石流的区域。
(2)尽量不选择山坡地形陡峻和较大纵坡的区域做为排土场。
(3)治理地表水和地下水,进行拦截和疏导,避免水大量集中进入排土场。
(4)在排土场坡脚处修筑透水拦挡坝。