排土过程是露天矿开采的基本过程之一。作为露天矿接收废石的场所,是露天矿组织生产不可缺少的永久性工程建筑。因此,排土场能否在矿山整个生产期内以及闭坑后长时间保持安全运行,是矿山管理者必须考虑的重大问题。排土场一旦发生重大变化,将对矿山生产造成严重影响,甚至迫使矿山停产。排土场的灾害形式因地质、地理、气候等自然条件而异。根据它们对环境危害的表现形式,大致可分为以下三类:①排土场滑坡;②排土场泥石流;③垃圾场的环境污染。
一、排土场滑坡
它是边坡岩土体沿着通常的剪切破坏面的滑动现象。排土场滑坡是排土场最常见、最频繁的灾害之一。按其机理可分为沿基底接触面滑坡、沿基岩软弱层滑坡和排土场内部滑坡。滑坡的基本条件是边坡前方和两侧的切割面存在滑动空空间。从边坡的物质组成来看,松散土层、碎石土、风化壳、半成型岩土层的边坡,抗剪强度低,容易滑动。降雨对滑坡的影响最大。结合吴礼排土场的实际情况,滑坡可能有以下原因:
(1)设计不合理。我们必须重视与排土场建设质量相关的诸多方面,如工程地质勘察、排土场设计等。不能因为施工进度的要求而放松对设计合理性的审查,这样会为排土场的滑坡埋下隐患。
(二)地下室挖掘巷道和排土技术不科学。一方面是排土场上部基底较陡,另一方面是大量的民采巷道,民采巷道的水直接流入排土场基底。在一定的生产时期,岩土混合,人为地在排土场形成一个软弱面。上述弱表面的物理和机械强度低。随着排土场废石高度的增加,当一个软弱面的剪应力超过其抗剪强度时,就会沿着这个软弱面发生滑坡。
(3)暴雨和排水设施不足。暴雨是排土场滑坡的重要原因。大气降雨和地表水对排土场的渗透导致排土场的初始稳定状态发生变化,稳定状态迅速恶化。暴雨期间,排土场排水不及时,大量地表水流入排土场。雨水渗入内部后,排土场原有的平衡状态会发生变化,排土场会被水饱和。一方面会增加排土场的承载质量,同时会降低排土场内部潜在滑动面的摩擦力,从而形成排土场滑坡。
(4)农民的采矿活动。一方面,排土场周边及下游的农民采矿活动和排土场坡角的采矿活动导致排土场坡角不稳定,另一方面,排土场滑坡直接掩埋矿工。
二、排土场泥石流
泥石流是大量松散堆积物在水和重力作用下形成强大流体的现象。泥石流的形成必须同时满足以下三个条件:地形、地貌陡峭,便于集水、集物;松散材料丰富;短时间内有大量的水。
矿山泥石流一般分为水动力泥石流和重力泥石流。水动力泥石流是在汇水面积较大的河谷中堆积的大量松散固体物质,在水动力冲刷作用下沿陡坡地形快速流动。重力泥石流是吸水岩土的软化,当含水量达到一定程度时,会转化为粘性流体。
根据Bagnold的颗粒流理论,粘性流体中的固体颗粒在动能的作用下频繁地相互碰撞,使颗粒与相邻滑动层发生动量交换,进而使流体中的固体颗粒产生弥散压力,被水软化成类似液体的泥质母岩(如粘土、风化岩),并与岩土块和水混合形成浆体(液固相)。在滑坡势能转化为动能的作用下,促使滑体流动,产生泥石流。
三。垃圾场的环境污染
空气体中含有大量有害粉尘或污水中携带有害重金属,对环境造成空气体污染和水污染。作为采矿中存放废石的地方,排土场必然会有大量的固体小颗粒。无论哪种排土工艺,在排土和转运时,都会伴随着排土场边坡上倾倒的废石的滚动和风力产生大量的粉尘,这些粉尘会随风到处飞扬,影响排土工人的健康,造成空空气污染。此外,垃圾场的污水含有有害重金属和强酸性,对下游水系造成严重污染。