SMeraierysꢀN2o041433ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山
20总13第年 4第435期期
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
METAL MINE
多台阶覆盖式排土场边坡结构参数的确定
1
, 2
1, 2
ꢀ 乐 ꢀ 陶
毛 权 生
1 中 钢 集 团 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 有 限 公 司 ; 2 金 属 矿 山 安 全 与 健 康 国 家 重 点 实 验 室 )
(
摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 白 马 铁 矿 排 土 场 场 地 地 形 较 陡 , 高 差 大 , 属 于 多 台 阶 覆 盖 式 排 土 场 的 具 体 实 际 情 况 , 为 确 保 排 土
场 边 坡 的 稳 定 , 运 用 极 限 平 衡 分 析 法 中 的 余 推 力 法 , 计 算 了 不 同 台 阶 高 度 和 不 同 平 台 宽 度 时 台 阶 边 坡 和 整 体 边 坡
的 稳 定 性 , 并 采 用 最 小 二 乘 法 确 定 了 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时 所 对 应 的 台 阶 高 度 ( 40 m) 和 平 台 宽 度 ( 50 m) 。
关 键 词 ꢀ 多 台 阶 覆 盖 式 排 土 场 ꢀ 余 推 力 法 ꢀ 最 小 二 乘 法 ꢀ 边 坡 结 构 参 数
Determination of Slope Structural Parameters of the Multistep Overlay Dump
1
, 2
1, 2
Mao Quansheng ꢀ Le Tao
(
1. Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co. , Ltd. ;
. State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mines)
2
Abstractꢀ With the steep topography and large height difference, Baima Iron Mine's dump belongs to the multistep o
verlay dump. In order to ensure the stability of dump slope, the residual thrust method within the limit equilibrium analysis
method is adopted to calculate the stability of the bench slope and the overall slope under different bench's heights and dif
ferent platforms' width. With the least squares method is used to determine the step height ( 40 m) and platform width ( 50
m) that is allowed by the safety factor.
Keywordsꢀ Multistep overlay dump, Residual thrust method, Least squares method, Slope structural parameters
WWW.KY114.CN
ꢀ
ꢀ 排 土 场 边 坡 属 于 矿 山 剥 离 的 散 体 物 料 堆 积 而 成
式 排 放 , 属 多 台 阶 覆 盖 式 排 土 场 , 边 坡 有 明 显 的 块 度
分 级 现 象 。 场 地 形 较 陡 , 高 差 大 , 排 土 场 前 期 排 弃 物
料 为 采 场 剥 离 的 第 四 系 和 强 风 化 层 散 体 。 多 台 阶 覆
盖 式 排 土 场 台 阶 边 坡 角 为 散 体 物 料 的 自 然 安 息 角 ,
为 了 保 证 排 土 场 稳 定 , 首 先 在 单 台 阶 情 况 下 确 定 单
台 阶 允 许 高 度 , 再 根 据 单 台 阶 允 许 高 度 对 整 体 边 坡
进 行 稳 定 性 分 析 来 确 定 平 台 宽 度 。 本 次 排 土 场 单 台
阶 允 许 高 度 和 平 台 宽 度 的 确 定 步 骤 :
的 边 坡 , 边 坡 体 为 矿 山 剥 离 的 岩 土 块 、 水 分 和 孔 隙 三
元 介 质 体 。 其 边 坡 的 形 式 由 排 土 工 艺 确 定 , 按 排 土
堆 置 顺 序 , 排 土 场 分 为 单 台 阶 式 、 多 台 阶 覆 盖 式 、 多
台 阶 压 坡 脚 式 3 种 形 式 。 多 台 阶 覆 盖 式 排 土 场 是 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 , 但 要 保 持 下 一 台 阶
超 前 一 段 安 全 距 离 。
排 土 场 滑 坡 破 坏 模 式 主 要 有 排 土 场 内 部 滑 坡 、
沿 排 土 场 地 基 软 弱 层 滑 坡 、 沿 地 基 接 触 面 滑 坡 3 种
类 型 。 排 土 场 内 部 滑 坡 一 般 为 园 弧 形 滑 面 , 其 他 类
型 的 滑 坡 为 沿 接 触 面 或 软 弱 结 构 面 的 不 规 则 形 状 。
( 1) 对 不 同 高 度 的 排 土 场 单 台 阶 稳 定 性 进 行 计
算 , 求 得 单 台 阶 稳 定 性 安 全 系 数 。
( 2) 对 单 台 阶 稳 定 性 安 全 系 数 和 高 度 进 行 回
归 , 求 得 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时 所 对 应 的 单 台
阶 高 度 为 排 土 场 边 坡 单 台 阶 允 许 高 度 。
1
ꢀ 白 马 铁 矿 Ⅳ排 土 场 边 坡 基 本 现 状
白 马 铁 矿 Ⅳ排 土 场 是 利 用 山 谷 有 利 地 形 堆 置 而
( 3) 根 据 单 台 阶 允 许 高 度 , 选 择 不 同 的 平 台 宽
度 , 对 排 土 场 整 体 边 坡 稳 定 性 进 行 计 算 , 求 得 不 同 平
台 宽 度 所 对 应 的 稳 定 性 安 全 系 数 。
[
1]
成 , 地 形 起 伏 不 平 。 地 基 地 层
主 要 有 第 四 系 残 坡
积 含 碎 石 粉 质 黏 土 ( Qel + dl ) 、 第 四 系 冲 洪 积 碎 块 石 土
4
(
Q
al + pl ) , 下 伏 基 岩 为 二 迭 系 正 长 岩 ( ξo ) , 其 中 正 长
1
( 4) 对 整 体 边 坡 安 全 系 数 和 平 台 宽 度 进 行 回
4
5
1
岩 ( ξo ) 根 据 其 风 化 程 度 划 分 为 全 风 化 、 强 风 化 、 中
5
等 风 化 。 根 据 设 计
[
2]
, 白 马 铁 矿 Ⅳ排 土 场 堆 排 方 式
毛 权 生 ( 1973— ) , 男 , 硕 士 研 究 生 , 243000 安 徽 省 马 鞍 山 市 经 济 技
术 开 发 区 西 塘 路 666 号 。
采 用 汽 车 — 推 土 机 排 土 工 艺 , 多 台 阶 自 下 而 上 覆 盖
·
56·
ꢀ
ꢀ ꢀ 毛 权 生 等 : 多 台 阶 覆 盖 式 排 土 场 边 坡 结 构 参 数 的 确 定 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 5 期
归 , 求 得 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时 所 对 应 的 平 台
宽 度 为 排 土 场 边 坡 平 台 宽 度 。
表 2ꢀ 不 同 工 况 下 的 允 许 台 阶 高 度
计 算 方 法
余 推 力 法
地 震 影 响 系 数
允 许 台 阶 高 度 / m
0
44 79
2
ꢀ 排 土 场 边 坡 单 台 阶 高 度 确 定
排 土 场 单 台 阶 高 度 的 确 定 方 法 是 : 首 先 分 别 对
0
025
37 42
台 阶 允 许 高 度 可 达 到 44 79 m, 考 虑 地 震 时 , 单 台 阶
单 台 阶 高 度 为 30、 40、 50、 60 m 的 排 土 场 边 坡 进 行 稳
定 性 计 算 , 运 用 余 推 力 法 计 算 出 上 述 不 同 高 度 时 的
安 全 系 数 ( 见 表 1, 计 算 中 没 有 考 虑 地 下 水 的 影 响 ) 。
然 后 对 不 同 台 阶 高 度 所 对 应 的 安 全 系 数 进 行 回 归
允 许 高 度 可 达 到 37 42 m。
在 44 79 m 与 37 42 m 之 间 选 取 40 m 作 为 单
台 阶 高 度 , 在 不 考 虑 地 震 的 情 况 下 安 全 系 数 为
1 164, 大 于 允 许 安 全 系 数 ; 考 虑 地 震 的 情 况 下 安 全
系 数 为 1 117, 略 小 于 允 许 安 全 系 数 。 也 就 是 说 , 在
发 生 7 级 地 震 ( 振 动 影 响 系 数 取 0 025) 的 特 殊 工 况
下 台 阶 边 坡 可 能 发 生 破 坏 。 那 么 , 只 要 通 过 调 整 平
台 宽 度 , 保 证 整 体 边 坡 在 有 地 震 的 情 况 下 的 安 全 系
数 大 于 允 许 安 全 系 数 , 就 可 以 满 足 排 土 场 整 体 稳 定
的 要 求 , 综 合 考 虑 , 白 马 铁 矿 Ⅳ排 土 场 边 坡 单 台 阶 允
许 高 度 确 定 为 40 m。
(
见 图 1 ~ 图 2) , 求 得 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时
对 应 的 台 阶 高 度 ( 根 据 要 求 允 许 安 全 系 数 取
[
1
15 3] ) 为 排 土 场 边 坡 单 台 阶 允 许 高 度 。
表 1ꢀ 排 土 场 单 台 阶 不 同 高 度 时 的 安 全 系 数
单 台 阶 高 度
/ m
振 动 影 响
系 ꢀ
稳 定 性
系 ꢀ
计 算 方 法
数
数
0
1 264
1 209
1 164
1 117
1 102
1 055
1 056
1 008
3
4
5
6
0
0
0
0
余 推 力 法
余 推 力 法
余 推 力 法
余 推 力 法
0
0
0
0
025
0
3
ꢀ 排 土 场 平 台 宽 度 的 确 定
白 马 铁 矿 Ⅳ排 土 场 是 多 台 阶 排 土 场 , 排 土 场 的 稳
025
0
定 性 不 仅 和 单 台 阶 的 高 度 有 关 , 还 和 平 台 的 宽 度 有 着
直 接 的 联 系 ; 选 择 合 理 的 平 台 宽 度 既 可 以 满 足 排 土 场
整 体 稳 定 的 需 要 , 同 时 也 能 为 矿 山 取 得 好 的 经 济 效 益
创 造 有 利 条 件 。 本 次 排 土 场 平 台 宽 度 的 确 定 是 根 据 前
面 所 确 定 的 单 台 阶 高 度 和 单 台 阶 边 坡 角 , 对 Ⅳ排 土 场
025
0
025
%
&'()*F
S
= 1.15
60
50
40
30
20
10
0
!
"#$H=44.792
WWW.KY114.CN
所 选 定 的 A、 B 剖 面 , 在 考 虑 地 震 和 地 下 水 的 情 况 下 , 运
用 余 推 力 法 对 不 同 平 台 宽 度 的 边 坡 进 行 稳 定 性 计
H
[ 4]
算
, 通 过 各 剖 面 平 台 宽 度 和 安 全 系 数 的 回 归 最 终 确
定 最 小 的 平 台 宽 度 。 在 剖 面 进 行 优 化 计 算 时 , 剖 面 坡
顶 坐 标 不 变 , 平 台 宽 度 分 别 选 择 30、 40、 50 m, 稳 定 性 计
算 结 果 见 表 3, 回 归 结 果 见 图 3 ~ 图 6。
0
.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
F
S
表 3ꢀ 各 剖 面 不 同 平 台 宽 度 计 算 结 果
图 1ꢀ 单 台 阶 高 度 和 安 全 系 数 回 归 ( 不 考 虑 地 震 )
平 台 宽 度
/ m
振 动 影 响
系 ꢀ
稳 定 性
数
计 算 剖 面
A - A′
B - B′
A - A′
B - B′
A - A′
B - B′
计 算 方 法
余 推 力 法
余 推 力 法
余 推 力 法
余 推 力 法
余 推 力 法
余 推 力 法
数
系 ꢀ
%
S
&'()*F = 1.15
60
50
40
30
20
10
0
!
"#$H=37.421
0
1 148
1 070
1 164
1 086
1 195
1 117
1 195
1 117
1 236
1 162
1 259
1 165
0
025
0
3
4
5
0
0
0
H
0 025
0
0
025
0
0
.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
0 025
0
F
S
0
025
0
图 2ꢀ 单 台 阶 高 度 和 安 全 系 数 回 归 ( 考 虑 地 震 )
从 不 同 台 阶 高 度 和 稳 定 性 安 全 系 数 回 归 可 以 确
0 025
定 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时 的 允 许 台 阶 高 度 , 计
ꢀ ꢀ 从 各 剖 面 不 同 平 台 宽 度 和 所 对 应 的 稳 定 性 安 全
系 数 回 归 可 以 确 定 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时 的 最
小 平 台 宽 度 , 计 算 结 果 见 表 4。
算 结 果 见 表 2。
由 表 2 可 以 看 出 , 在 不 考 虑 地 震 的 情 况 下 , 单
·
57·
总 第 443 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 5 期
况 下 最 小 平 台 宽 度 为 29 284 m, A 剖 面 在 考 虑 地 震
!
S
"#$%&F = 1.15
6
5
4
0
0
0
)
*'(L =29.784
的 情 况 下 最 小 平 台 宽 度 为 47 494 m; B 剖 面 在 不 考
虑 地 震 的 情 况 下 最 小 平 台 宽 度 为 28 400 m, B 剖 面
在 考 虑 地 震 的 情 况 下 最 小 平 台 宽 度 为 46 749 m。
综 合 上 面 各 剖 面 的 计 算 结 果 , 台 阶 高 度 取 40 m、 平
台 宽 度 取 50 m 比 较 合 适 , 根 据 此 排 土 场 边 坡 参 数 ,
对 A、 B 剖 面 进 行 了 稳 定 性 分 析 , 计 算 出 整 体 破 坏 示
意 图 见 图 7 ~ 图 8。
L
30
2
0
0
0
1
0
.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
F
S
2
090
图 3ꢀ A 剖 面 平 台 宽 度 和 安 全 系 数 回 归 ( 不 考 虑 地 震 )
2 100
!
"#$%&'
(
)Fs=1.162 2
2
000
1 970
3456789:
!
S
"#$%&F = 1.15
60
50
40
30
20
10
0
)
*'(L =47.494
'
./012
1
900
;./012
1
850
,
-./
12
456ꢀ:
1
800
1 770
0
L
?
1
700
图 7ꢀ A 剖 面 稳 定 性 计 算 结 果
2 090
2 100
0
.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
2
000
1 970
456789: 12Fs=1.165 3
%&'()
*+,-./0
F
S
3
0
图 4ꢀ A 剖 面 平 台 宽 度 和 安 全 系 数 回 归 ( 考 虑 地 震 )
1 900
1
850
;
%&'()
!
"#$%&F
S
= 1.15
1 800
#$%&
'()
1 800
6
5
4
3
2
1
0
0
0
0
0
0
0
)
*'(L =28.4
1 700
1 700
图 8ꢀ B 剖 面 稳 定 性 计 算 结 果
WWW.KY4114.CN
ꢀ 结 ꢀ 语
白 马 铁 矿 Ⅳ排 土 场 属 于 多 台 阶 覆 盖 式 排 土 场 ,
排 土 场 边 坡 台 阶 边 坡 角 为 散 体 物 料 的 自 然 安 息 角 。
为 确 保 排 土 场 边 坡 的 稳 定 , 运 用 了 极 限 平 衡 分 析 法
中 的 余 推 力 法 计 算 不 同 台 阶 高 度 和 不 同 平 台 宽 度 时
台 阶 边 坡 和 整 体 边 坡 的 稳 定 性 , 采 用 了 最 小 二 乘 法
来 确 定 安 全 系 数 为 允 许 安 全 系 数 时 所 对 应 的 台 阶 高
度 为 40 m, 平 台 宽 度 为 50 m, 确 定 了 排 土 场 边 坡 的
结 构 参 数 。
L
0
.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
F
S
图 5ꢀ B 剖 面 平 台 宽 度 和 安 全 系 数 回 归 ( 不 考 虑 地 震 )
!
"#$%&F = 1.15
S
6
5
4
3
2
1
0
0
0
0
0
0
0
)
*'(L =46.749
L
参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献
[
[
[
1] ꢀ 四 川 省 蜀 通 岩 土 工 程 公 司 . 攀 钢 ( 集 团 ) 公 司 白 马 铁 矿 Ⅳ废 石
场 岩 土 工 程 勘 察 报 告 [ R] 攀 枝 花 : 攀 钢 ( 集 团 ) 公 司 , 2007.
2] ꢀ 中 冶 长 天 国 际 工 程 有 限 责 任 公 司 . 白 马 铁 矿 设 计 说 明 书 [ R]
攀 枝 花 : 攀 钢 ( 集 团 ) 公 司 , 2005.
0
.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
F
S
图 6ꢀ B 剖 面 平 台 宽 度 和 安 全 系 数 回 归 ( 考 虑 地 震 )
表 4ꢀ 各 剖 面 达 到 稳 定 时 的 最 小 平 台 宽 度
地 震 影
响 系 数
3] ꢀ 国 家 安 全 生 产 监 督 管 理 局 AQ2005— 2005ꢀ 金 属 非 金 属 矿 山
排 土 场 安 全 生 产 规 则 [ S] . 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 2005.
最 小 平 台 宽 度
/ m
剖 ꢀ
面
地 下 水
[ 4] ꢀ 中 钢 集 团 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 有 限 公 司 . 露 天 矿 排 土 场 高 台 阶
排 土 安 全 稳 定 性 与 堆 浸 排 土 参 数 优 化 研 究 [ R] 马 鞍 山 : 中 钢
集 团 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 有 限 公 司 , 2002.
0
29 284
47 494
28 400
46 749
A
有
有
0
0
025
0
[
5] ꢀ 冶 金 工 业 部 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 . 高 台 阶 排 土 场 稳 定 性 及 监 测
B
技 术 的 研 究 [ R] 马 鞍 山 : 中 钢 集 团 马 鞍 山 矿 山 研 究 院 有 限 公
025
司 , 1990.
( 收 稿 日 期 ꢀ 20130221)
ꢀ
ꢀ 从 表 4 中 可 以 看 出 : A 剖 面 在 不 考 虑 地 震 的 情
·
58·
/pdf/swf/201305/2013_0527_232751_573.swf