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排土场设计和稳定性评价

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1. 引言

在采矿工程中,排土场是指在采矿过程中从矿区运出的废石和覆盖层形成的堆积物。现代大型露天矿,川流不息的运载车辆每天将成千上万吨材料从采矿区运往目的地,其中一个目的地就是排土场。根据就地处理的经济可行性,排土场可分为沥滤排土场和废料排土这意味着,有些废料仍然具有经济价值,可以作进一步加工

排土场的位置和设计受到多种因素的影响,包括矿物的地质特征、废石的吨位、地形条件、基础设施投资和运输成本等。排土场的稳定性和性能至关重要,需要仔细调查、设计、运行和监测,这是因为这些结构的破坏会导致环境破坏和安全隐患。所以,在露天矿边坡的稳定性评价中,我们也需要同时进行排土场的稳定性评价。


2. 英文表达

有多种排土场的英文表达,下面调查了三种在GeotechSet数据集中的表达方式

(1) Waste Dump, 这是最常用的表达方式,出现次数 329次;

(2) Waste Pile,出现次数 45次;

(3) Waste Stockpile, 出现次数 20次;


3. 设计规范

国内专门制定了排土场的设计规范,包括:
(1) 有色金属矿山排土场设计规范 (GB50421-2007)

(2) 冶金矿山排土场设计规范(GB51119-2015)

与之紧密相关的规范还包括:
(1) 非煤露天矿边坡工程技术规范 (GB51016-2014)
(2) 金属非金属露天矿山高陡边坡安全监测技术规范 (AQ/T 2063-2018)

(3) 金属非金属矿山安全规程 (GB16423-2020)


许多采矿设计软件能够进行排土场的自动设计,例如MinePlan, Datamine Studio OP, Micromine等。此外, 《Guidelines for Mine Waste Dump and Stockpile Design (2017)》是一本综合性的排土场设计指南,由温哥华两家著名的矿业咨询公司Piteau (Tetra Tech)和Golder (WSP)的工程师主编。

4. 稳定性评价

排土场的第一个问题是环境污染,其中酸性岩石排干 (ARD, Acid Rock Drainage)是最主要关心的事项,例如【Update: 萨瓦奇河铁矿(Savage River Mine)】;第二个问题是稳定性,例如【普埃布洛-维埃霍金矿排土场的边坡稳定性】,由于环境学科不是我们的专长,因此排土场的评价主要集中在稳定性方面。简单的排土场用极限平衡法分析即可,复杂的排土场需要采用数值模拟进行应力-变形分析。

某矿的排土场布置在采场开采境界外的北侧山沟内,排土场满足矿山服务期的生产需要,排土场的地形标高高于当地侵蚀基准面标高。排土方式采用边缘式排土扇形发展方式,前进式堆置。排土场的参数如下:

台阶高度 10m,台阶数 3 个;堆置总高度 30m,台阶坡面角 33°;总边坡角 24°,生产平台宽 50m;安全平台宽 15m。

排土场的堆放符合《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2020),由于整体边坡高度不高,边坡角很小,安全平台足够宽,因此不需要进行计算即可判定排土场边坡是稳定的,无滚石或滑塌的危险。此外,由于排土场处在山沟内,对采场边坡也形不成附加载荷,因而对采场边坡的稳定性没有影响。


5. 参考

[1] (2016) Dump slope stability analysis - A case study.

[2] (2017) Methodology for a dump design optimization inlarge-scale open pit mines

[3] (2021) Numerical Modelling-Based Stability Analysis of Waste Dump Slope Structures in Open-Pit Mines - A Review.

[4] (2022) Stability analysis of varying height waste dump in open-pit mine under particle size gradation and reconstruction effect of waste materials

[5] (2022) Rock waste dump modelling.

[6] (2022) Rainfall & Seismological Dump Slope Stability Analysis on Active Mine Waste Dump Slope with UAV.

[7] (2023) A case study of a waste dump design for oxidised material in a Western Australian mine.



来源:计算岩土力学
ACT冶金UM材料
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首次发布时间:2023-12-10
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