露天煤矿排土场地基处理方式分析

露天煤矿排土场地基处理方式分析

汪祺

新疆天泰矿业管理有限公司  新疆乌鲁木齐市  830000 

摘要：近年来我国多数露天煤矿由于外排空间不足而转向内排土场进行排土，而内排土场作为剥离废弃土石的排放场所，随着排土量的增加，其对排土场的软弱基底的载荷也会加大，排土场滑坡的可能性增大，安全性下降。受地基处理水平、造价、工期等因素限制，深厚抛填土场地建造非重要建（构）筑物地基处理通常无法通过一次处理达到理想效果，多采用地基处理、结构措施、后期加固等综合方式；通过对大型露天煤矿排土场深厚抛填土特点的总结，结合工程实例应用及对存在问题的分析，提出了深厚抛填土场地建造非重要建（构）筑物应树立全过程管理的理念，从前期优化平面布置，合适的地基处理方式结合基础及上部结构措施，到后期建立完善的应急预案、加强维护保养意识；在保证地基承载力及稳定性满足要求的前提下，通过以上措施实现变形的全过程管控，以满足使用功能要求。

关键词：露天煤矿；排土场；地基处理

引言

露天矿开采过程中，由于矿山综合利用不到位、排土工艺不规范等原因，产生了一定规模的排土场。针对排土场土石混合体的强度、渗透性等问题，排土场多通过土地复垦的方式实现再利用，很少进行工程建设。而矿区由于生产需要，在排土场建设输煤系统、小型场地不可避免，该类建（构）筑物重要性等级低，荷载小，变形要求不高，对全部填土深度范围进行地基处理可行性差，亦无必要。如何在保证安全、维持运行、降低造价之间找寻平衡点，是该类项目地基处理方式选择的关键。为此，通过对露天煤矿排土场深厚抛填土特点进行分析，对一般地基处理原则进行探讨，为后续工程建设提供参考。

1排土场工程地质特征

排土场排弃物主要成分为石灰岩矿矿山顶板及夹层剥离物，主要由第四系覆盖层中残坡积和坡洪积形成的黏土、亚黏土及岩石碎块组成。岩石碎块成分经详细分析，特征明确。包含：石炭纪月门沟群本溪组，岩性以黄褐色砂岩、粉砂岩及暗紫色、紫红色页岩为主；石炭纪月门沟群太原组，岩性以灰黑色页岩、炭质页岩为主；矿层夹石为灰质白云岩、白云质灰岩以及含泥含灰云岩或云泥灰岩。排弃物的堆放不规范，随开采剥离的夹石及表土无序堆放，杂乱无章。碎石级配不良，但各块度级别沿边坡纵向分布存在着明显的规律性，由上而下块度逐渐增大，总体呈现：小块集中在上部；大块在下部；中间部分各种块度参差不齐，但以中等块度居多。由此可见，排土场碎石的粒度组成主要由岩石原生节理切割、生产爆破的破碎、岩块沿坡面滚动、排土设备的碾压等条件综合决定的。其中，岩块沿坡面滚动过程中，初始速度相同，初始能量不同。块度大的，初始能量大，起动后难以停止，因而大部分停留在排土场坡底。所以，粒度从坡顶到坡底呈现逐渐增大的自然分级规律。

2排土场深厚抛填土特点分析

（1）排土场多采用“由上向下、机械抛填、平整顶部、不断延伸”的排放方式，填土回填过程中没有经过人工分选，颗粒大小严重不均，颗粒间接触不规则，且剥离岩层易风化，浸水易软化；填土孔隙发育，钻机钻进过程泥浆无法形成循环，漏浆异常严重；回填过程未采取分层碾压等相关措施，导致密实度差异较大，土质严重不均匀。（2）自卸堆积剥离岩物沿斜坡的滚落具有一定的分选性（粒度偏析现象），整体上来说大颗粒滚落到每一级边坡坡脚位置，中等粒度分布在该级边坡中部，较细颗粒留在顶部，但由于抛填土的性质不一，平面上及垂直方向上的地层性质变化很大。（3）抛填土颗粒骨架大小不一、性质不同，相互之间接触不规则，临时稳定后，在外力及雨水侵入等作用下极易发生二次变形。（4）在自身固结沉降以及雨水等的作用下，排土场形成后1～2年是沉降集中发生的阶段，随着时间的推移，沉降速率逐渐趋缓。（5）汽车运输使得每一级边坡顶部一定深度范围内（汽车荷载影响深度）的抛填土体具有一定的压实作用，且只限于汽车经过区域，下部依靠自重固结，整体压实度差，如此形成1个排土分层。（6）排土场分为多层进行“抛填”覆土，每层厚度在30～40m左右，整个排土深度范围内相当于多个排土分层，每个排土分层整体上由上而下颗粒逐渐变大，下部相对上部工程性质相对较差，但由于抛填土水平及垂直方向的严重不均匀性，并无严格的规律性。（7）场地的沉降和差异沉降较大并长期存在，规律性差，难以准确计算；生产过程中，排土场平面及竖向经常产生变化，局部裂缝渗水、排水不畅汇集渗水等原因又加剧了排土场的差异沉降问题。

3露天煤矿排土场地基处理方式

3.1优化平面布置，协调排土计划

拟建建（构）筑物平面布置时应尽量避免位于2年以内回填土场地，与边坡保持安全距离，并与矿方沟通排土计划，使新排土场地位于影响范围以外，以减少抛填土前期剧烈沉降、边坡变形以及新排土场地引起的附加应力的影响。降低水害对建（构）筑物沉降的影响，应做好周边的截排水工作，并根据排土场生产情况及时调整排水方案，使雨水等顺利排离开。

3.2建立地基处理、结构措施配合后期维修加固的整体处理理念

地基土均存在一定的压缩性，在上部结构和基础刚度不变的情况下，地基土越软弱，基础的相对挠曲和内力就越大，产生差异沉降的几率就越大，增加主要受力层范围内地基的刚度可以有效减少差异沉降。对于转载点、栈桥等建（构）筑物，可采用高（超高）能级强夯结合上部一定厚度加筋土垫层的地基处理方式，对于长距离的输煤带式输送机基础，可采用中等能级强夯的地基处理方式，以增加地基主要受力层范围内地层的刚度，减少差异沉降。基础设计在增加基础刚度的同时，对高栈桥等构筑物可考虑设置基础变形调节装置，以实现发生差异沉降后的变形调节功能。使用期间发生差异沉降后，应采取对应的维修加固措施。可在变形调节装置调节的基础上，采用陶土纠偏、水平或竖向注浆加固等处理方式；对于长距离的运煤带式输送机基础等，可采用调整地脚螺栓长度或增加垫块的设备基础调整方式。

3.3树立全过程管理的理念

对深厚抛填土场地，地基处理无法一次到位，只能通过相关措施来减缓沉降及差异沉降对建（构）筑物的影响，并且由于沉降的发展是长期的，进行地基加固可能要经过多次才能趋于稳定。即在通过以上措施满足地基承载力及稳定性要求的前提下，通过工程的全过程管理实现变形的全过程管控，以满足使用功能要求。因此在编制项目设计文件时，应同时编制使用期间出现不同程度沉降和差异沉降时的应急加固预案，明确使用期间周边平面变化、人员巡查巡视重点内容等要求，使管理人员熟悉了解可能出现的问题，尤其重视局部裂缝渗水、排水不畅汇集渗水等造成的差异沉降问题，以便使用过程中做到遇见问题及时处理，避免影响建（构）筑物功能的正常使用。

结束语

排土场排弃物伴随露天石灰岩矿的多年开采随意堆积，主要由第四系覆盖层中残坡积和坡洪积形成的黏土、亚黏土及岩石碎块组成。针对露天矿内排土场软弱基底优化处理问题，究了不同基底分段处理方案的边坡稳定，提出了一种内排土场软弱基底分段优化处理方法，至满足安全储备系数为止，从而可以确定经济合理的处理范围。

参考文献

[1]赵洪宝，魏子强，罗科,等.降雨工况下露天矿排土场边坡稳定性与治理措施[J].煤炭科学技术,2019,47(10):67-74.

[2]曹兰柱，李广贺，王东,等.露天矿顺倾软弱基底内排土场边坡空间形态优化[J].煤炭科学技术,2018,46(2):163-167.

[3]乔东亮，张永贵，商启蒙,等.露天煤矿外排土场边坡滑坡治理[J].露天采矿技术,2021,36(1):93-95.