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多台阶覆盖式排土场边坡结构参数的确定
2013-05-27
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(40m)和平台宽度(50m)。
SMeraierysꢀN2o041433ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 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 Multistep 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 multistep 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 Multistep 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 ꢀ 20130221) ꢀ ꢀ 从 表 4 中 可 以 看 出 : A 剖 面 在 不 考 虑 地 震 的 情 · 58·
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