徐 攀 宫明琪

（中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队）

近年来，对露天矿排土场安全稳定性的研究一直是重点关注问题，并且取得不少研究成果［1-2］。黄敏等［3］基于有限差分法，采用FLAC3D数值计算软件对某露天矿山现状边坡最大不平衡力、塑性区和边坡安全系数进行了计算。冯辉等［4］在对比分析常用边坡稳定性分析方法的基础上，采用有限元强度折减法，利用数值计算软件计算了具有软弱夹层的排土场边坡安全系数，为矿山边坡治理提供了参考。张涛等［5］采用Geo-slope极限平衡理论和FLAC2D相结合的方法，分析了某矿山排土场现状工况和极限堆高工况下的边坡安全系数，为矿山排土场建设提供了建议指导。然而，这些工程应用研究中，大多工程研究对象是已经堆排结束或是堆排中的排土场边坡，属于“事后研究”，缺乏从设计之初就从边坡安全性的角度出发，将排土场稳定性分析融入设计，以对新设计的排土场边坡参数进行调整，进而再转入排土场的施工。

本研究以某露天矿即将新设计的7#坑内扩排土场为研究对象，在排土场施工之前，基于极限平衡法，采用Slide数值分析软件，从设计角度出发，分别计算不同工况下的排土场边坡安全系数，并参考《有色金属矿山排土场设计标准》对排土场边坡安全系数的要求，对计算结果进行评价，同时为相关设计单位提供新的工作思路。

1 工程概况

某露天矿7#坑现状最低开采标高为2 250 m，最高开采标高为2 388 m，台阶高度为10 m，安全平台宽度为3 m，现状露天采坑南北长800 m，东西宽500 m。7#坑北部和西部已开采至矿体底板，底板坡度在15°～28°，底板岩性为白云岩，一般原始地貌近地表风化深度为3～6 m，底板岩石未风化。采场底板、上盘和端部相关台阶整体稳定性较好。

7#坑东部为已经运行中的6#排土场，现状排土场南北向长约1.2 km，东西向宽约0.55 km，堆存标高为2 390～2 480 m，堆排台阶高度为20～30 m。

新探明的矿石资源位于7#坑采场南帮，此位置正好是矿山原设计排土场二期范围。为开采此部分新探明矿石资源，需先将此部分矿石生产所剩的废石排至6#排土场，待7#坑采场南部矿石开采结束后形成新的空区后，其作为矿山其他采场的排土场。最终，7#坑内部会形成一个以空区为基础的排土场。

根据设计规划，7#坑采场南帮形成的排土场实际堆存标高为2 220～2 380 m，其中2 220～2 270 m标高为凹陷露天堆平，2 270～2 380 m标高为地表堆存；堆置段高有10和20 m；分段安全平台宽度有10和20 m，平台设返坡i=3%；设计边坡坡面角为37.0°，整体坡面角为23.20°。

2 边坡稳定性分析

根据设计可知，堆排结束后的排土场地表高度达110 m，为验证设计排土场边坡参数的合理性，需在设计阶段对排土场边坡稳定性进行分析。基于极限平衡法，采用Slide数值模拟软件，从设计的排土场平面图中，选取典型工程地质剖面图进行数值计算，以分析其安全性。典型工程地质剖面位置如图1所示。为方便数值计算，对截得的剖面进行概化处理，处理后的剖面如图2所示。

2.1 物理力学参数

矿岩物理力学性质是数值分析的关键［6］，根据矿山工程地质勘察报告确定岩石物理力学参数。参考对排土场废石结构土石比2∶8的设计，确定本工程废石分类为土石混合型。数值计算采用的岩土层及堆土物理力学参数见表1。

2.2 研究方案设计

在排土场边坡高度和坡角以及围岩特性确定下，排土场内废石产生的自重应力是排土场正常情况下安全运行的关键［7-8］。除自重应力外，排土场内地下水也是威胁排土场边坡安全的重要因素［9］。此外，参考《有色金属矿山排土场设计标准》（GB 50421—2018）可知，排土场作为矿山安全生产重大危险源，设计单位在对排土场边坡安全性考虑时，不但要保证正常情况下的排土场边坡安全，还要保证其在降雨、地震等极端条件下的安全，以确保排土场下游安全。故在对拟建的排土场边坡安全性分析时，对选取的典型地质剖面分别计算天然（自重）、降雨、地震3种工况条件下的边坡安全系数。

2.3 计算结果分析

对排土场I—I典型地质剖面边坡安全系数进行不同工况条件下计算，结果见图3。

根据设计规划，7#坑南扩内排土场设计容积V0=1 343.50万m³，排土场废石堆置总高为110 m。参考《有色金属矿山排土场设计标准》（GB 50421—2018）中排土场设计等级（表2），确定7#坑南扩内排土场设计等级为二级。

由于7#坑内扩排土场边坡设计等级为二级，且该排土场形成于露天采场内采空区，周边四邻环境关系较为简单，无重要构建筑物，故根据《有色金属矿山排土场设计标准》（GB 50421—2018）确定该排土场自然工况下最小边坡安全系数为1.20，降雨和地震工况下最小边坡安全系数为1.15。

由图3数值计算结果可知，7#坑内扩排土场在天然工况下边坡安全系数为1.367，在降雨工况下边坡安全系数为1.280，在地震工况下边坡安全系数为1.182，且3种不同工况下的边坡潜在滑移面均在排土场边坡的顶部，潜在滑移面呈弧形。结合7#坑内扩排土场边坡最小安全系数标准可知，在自然工况下（不考虑地震、降雨影响）边坡整体稳定性安全系数均大于该工程等级对应边坡要求的安全系数，在考虑地震、降雨工况下稳定性安全系数也均满足要求的1.15。计算结果表明拟设计的排土场边坡参数是合理的。

3 结 论

（1）7#坑内扩排土场在天然工况下边坡安全系数为1.367，在降雨工况下边坡安全系数为1.280，在地震工况下边坡安全系数为1.182，均大于《有色金属矿山排土场设计标准》推荐的最小边坡安全系数；边坡安全系数计算结果验证了拟设计排土场边坡参数的合理性。

（2）3种不同工况下的边坡潜在滑移面均集中在上部台阶，需对其重点关注；建议从设计上解决此问题，以全方位提高排土场边坡的安全性。