排土场稳定性分析及监测治理综合技术研究项目建设可行性研究报告

1、一、项目的必要性：矿山工业的迅速发展与征地之间的矛盾，使得矿山排土技术强 调运距短、少占土地，在露天开采境界外就近排土，从而导致露天排 土场岩土量大而集中。由于排土场由松散的剥离物组成，稳定性差， 季节性灾害比较明显，排土工程一直是露天矿生产的薄弱环节。因此, 合理规划排土工程，科学管理排土场所，不仅是保证全面完成矿山生 产任务的必须手段，而且对社会和生态平衡也有着十分重要的意义。*严格按照有关标准、规范、规程要求，完成了 *索尔库都克铜矿（以下简称索矿）排土场初步设计，索矿排土场设计采用多台阶排土，底部标高740m顶部标高830m 最终排土高度90m排土场每一台阶排弃坡度为35，最终堆积边坡

2、 角28，台阶高度15m排土场投入使用后，一直十分稳定，足见设 计的合理性。因矿区地处戈壁，遍布矿区的第四系风成沙、残坡、洪 积层和第三系乌伦古河组卵砾石孔隙发育；近年来，因北疆地区雨雪较多，第四系表土接受大气降水的渗入补给， 随着雨水入渗使得岩土 体的抗剪强度降低或软化；水入渗导致的渗流作用也使排土场岩体的 下滑力增加，两者的相互作用导致索矿排土场发生了几次小规模的滑 坡现象。排土场内部滑移破坏裂隙（拍摄于 2015年6月）排土场西侧地基破坏（拍摄于 2015年9月）实践表明，当排土场坐落于软弱地层上时，由于地基受排土场荷载压力而产生的滑坡和底鼓，然后牵动排土场滑坡，这类牵引式滑坡在排土场破

3、坏事例中经常看到，约占矿山排土场重大滑坡事故的1/3，1983年11月，石录铜矿2号排土场因段高过大、含土量高、i地基为黄土层并有沉淀泥浆挤出等原因， 发生两次牵引式滑坡，滑坡 体总体积高达50万立方米。国家高度重视露天矿山排土场稳定性工 作，金属非金属矿山安全规程（GB16423-2006第5.7.28条明文 规定“排土场应由有资质条件的中介机构，每5年进行一次检测和稳定性分析”，索矿排土场自2008年投入使用至今的7年的时间里，尚 未进行过系统的排土场检测和稳定性分析。因此，亟需开展索矿排土场稳定性分析及监测治理综合技术研究，以预防和减轻排土场失稳灾害。二、研究内容：实践表明，影响索矿排土

4、场稳定性的因素主要有：排弃岩石的性质、排土场基底工程地质条件、水文地质条件、气候条件、排弃高度 及排土工艺等，其中尤其以排弃岩石的性质和排土场基底条件影响较 大。本项目拟在以下三各方面开展排土场稳定性分析及监测治理综合 技术研究。（一）排土场现状调查及地基工程地质勘查研究（1）对索矿排土场地形、地貌及其岩土结构、地下水条件、气象条件等因素进行现场踏勘。（2）开展排土场地基工程地质补充勘查工作，通过此工作，查 明索矿排土场地基岩层的工程性质、分布参数及包括体重、密度、天 然水含量、塑限、液限、粒度组成在内的物理参数等。（3）地基土力学性质室内试验：在地基土层中，取未扰动的代 表性试样（个别为扰动

5、试样）进行力学性质测试，实验室力学性质试验包括：压缩、直剪及三轴剪切试验，测定地基土的压缩系数、压缩模量及抗剪强度等力学指标。（二）排土场稳定性分析排土场边坡属非均质的松散介质体，其稳定性分析方法与通常的 岩土边坡的稳定性分析方法比较，具有一定的特殊性，它主要受排土 场的物料性质和地基土强度控制。（1）排土场稳定性的极限平衡原理分析极限平衡原理分析法是排土场边坡稳定性分析中应用最广泛的方法，在确定索矿排土场地基力学性质的基础上，本项目拟采用有 色金属矿山排土场设计规范（GB50421-2007推荐的圆弧滑动法、 平面滑动法、折线滑动法，根据排土场边坡的类型和可能的破坏形式， 对索矿排土场应进行

6、稳定性验算。（2）排土场稳定性的数值模拟分析在确定索矿排土场地基力学性质的基础上，借助Settle3D、Slide 等数值模拟分析软件，确定排土场危险滑移面位置，求出的索矿排土 场滑体位移大小、方向与时间的关系，揭示了索矿排土场滑体运动的 基本规律。（3）排土场已滑坡区域的反演分析通过数值模拟方法确定已滑坡区域滑移破坏模式，再根据反演分 析确定已滑坡区域岩体力学参数；又应用滑移场方法进行了验证，由 此为滑坡治理工程方案设计提供可靠的力学参数依据。（4）排土场排土工艺优化在确定索矿排土场地基力学性质的基础上， 利用力学分析和计算 机模拟等手段，对排土场的堆置总高度、台阶高度、边坡角等主要堆 置要

7、素进行优化设计。（三）排土场稳定性监测及治理方案（1）排土场已滑坡区域和隐患区域治理方案在排土场已滑坡区域的反演分析和确定排土场危险滑移面位置 的基础上，参考类似矿山经验，对排土场已滑坡区域和隐患区域提出 治理方案。（2）排土场稳定性监测系统根据索矿排土场滑体的变形预测及破坏时间预测，确定排土场危 险区域监测线和危险区域监测点，在矿山现有监测手段的基础上，建 立和完善排土场稳定性监测系统，对排土场边坡进行布点检测。三、准备工作及科研能力排土场稳定性分析及监测治理综合技术研究课题内容多，涉及领域广，有一定难度。拟由*和廿 *两家单位承担本项目研究内容及任务。*矿山工程研究所为索矿排土场初步设计单

8、位，该所经过四十余年的发展，在采矿方法、回采工艺技术、充填技术、 爆破技术、地压与支护方式研究等方面进行了大量系统的研究工作并 取得了显著成绩，其提出的大范围隐患矿体露天转地下安全开采综合 技术、安全高效空场开采集成技术、高强轻质泡沫砂浆充填技术等多 项技术已达到国内先进水平。该所多年从事索矿科研、设计和技术服务工作，在索矿边坡优化设计、爆破参数优化、矿体建模等方面积累了丰富的实践经验，收集了大量的原始资料，给本项目的实施创造了I良好的条件*领导高度重视关注排土场稳定性问1035 万元（占 77.5%）, * 费用为 5 万元(占12.5%）。题，已组织计划、安全等部门对排土场进行了多次沉降测

9、量，掌握的 大量的第一手资料。完全具备承担该项总之 *和P * 研究工作的条件和科研能力。四、经费概算及说明该项目研究经费预计为40万元(不包括排土场地基工程地质勘费用为查费用和排土场监测系统设备费用)，其中*具体如下:矿山研究所承担的课题合计35万元(1)排土场现状调查及地基工程地质勘查研究10万元排土场稳定性的极限平衡原理分析5万元排土场稳定性的数值模拟分析5万元排土场已滑坡区域的反演分析5万元排土场排土工艺优化3万元(3)排土场稳定性监测及治理方案7万元排土场已滑坡区域和隐患区域治理方案4万元(2)排土场稳定性分析18万元3万元*承担的课题合计5万元（1）参与方案制定、现场组织、管理2万

10、元排土场稳定性监测系统（2）协助开展排土场现场调查、测量、取样3万元研发项目经费预算表经费（万元）费用具体依据1.设备费01.1设备购置费9.5Settle3D 软件一套3.5万元，Slide 软件一套6万元1.2设备维修、改造费0要有详细预算明细2.材料费03.测试化验加工费6.04.燃料动力费0每人每个工作日：20元5.差旅及交通费6执行*差旅费报销管理办法 （2013）6.会议费0租用会议场所费用+会议资料费+交通费+茶水费+餐费等7.国际合作与交流费0具体说明8.出版/文献/信息传 播/知识产权事务费0.6发表核心期刊论文1篇，取得发明专利1项9.人员费（含五险一金 等）8.2高级50

11、0元/日X 10日X 2人+中级350元/ 日 X 20日X 5人+初级250元/ 日 X 37 日 X 4人10.专家咨询费0800 元 /天11.其他0项目其他特殊收费（包括劳务费、技术协作费、加工费等）12.管理费（5%+）1.53暂按1-11项费用的5%计13.资产占用费（8%计）2.44暂按1-11项费用的8%计14.不可预见费（3%计）0.92暂按1-11项费用的3%计15.利税（15%+）4.58暂按1-11项费用的15%计合计39.77五、计划进度项目计划从2016年2月1日开始，至2017年12月31日止：2016年28月完成前期准备工作；2016年9月份起正式开始相关实验室

12、研究分析工作；2017年4月2017年10月完成现场试验工作；2017 年1112月完成结题报告。六、项目预期效果和目标排土场是露天矿山生产的重要环节，如果因为排土场失稳导致矿 山滑坡灾害或者重大工程事故，矿山企业将步履维艰。本项目通过排 土场稳定性分析及监测治理综合技术研究，在索矿排土场地基岩层物 理力学性质的基础上，利用力学分析、数值模拟等手段，验算了索矿 排土场应进行稳定性，确定排土场危险滑移面位置，求出的索矿排土 场滑体位移大小、方向与时间的关系，揭示了索矿排土场滑体运动的 基本规律，优化了排土场的堆置总高度、台阶高度、边坡角等主要堆 置要素，对排土场已滑坡区域和隐患区域提出治理方案；

13、 在矿山现有 监测手段的基础上，建立和完善排土场稳定性监测系统， 对排土场边 坡进行布点检测；项目实施后，索矿排土场用余推力法计算的安全系 数大于1.15,排土场安全度保持在正常级水平。 本课题的实施不仅是 保证全面完成矿山生产任务的必须手段，同时对社会及生态环境的保 护也有着十分重要的现实意义。七、项目考核指标项目实施后，索矿将建立有效地排土场监测系统， 矿山排土工程 得到合理规划和科学管理，索矿排土场用余推力法计算的安全系数大 于1.15,排土场安全度保持在正常级水平， 排土场已滑坡区域和隐患 区域得到有效地治理。八、承担单位和主要协作单位及分工*,协作单位项目主要承担单位人员情况表序号姓

14、名性别职称职责承担课题1项目负责人全面负责项目整体实施、落实，研究方 案制定及报告审核；2项目参与主要负责子项（一）、（二）总体方案 的制定、设计、实施及报告的审核；3项目参与主要负责子项（三）总体方案的制定、 设计、实施及报告的审核；4项目参与协助参与子项（一）相关工作5项目参与协助参与子项（二）相关工作6项目参与协助参与子项（三）相关工作项目协作承担单位人员情况表序号姓名性别职称职责承担课题1项目负责人负责整个项目方案审核和执行2项目参与负责项目方案的审核，参与方案制定3项目参与负责项目方案的审核，参与方案制定4项目参与负责项目方案的审核，参与方案制定5项目参与负责项目方案的审核，参与方案

15、制定6项目参与参与子项（一）、（三）的相关工作7项目参与参与子项（一）、（三）的相关工作8项目参与参与子项（一）、（三）的相关工作9项目参与参与子项（一）、（三）的相关工作10项目参与参与子项（一）、（三）的相关工作为了更好完成该研究项目，建议成立项目组。项目负责人韩国才、郭生茂负责项目的执行和实施九、保障措施1人力资源保障矿山工程研究所目前拥有研究生 5人，本科生18人，其中：教 授级高级工程师1人，高级工程师4人，工程师7人。*计划技术部共有地质、测量、采矿、安全专业技术人员齐全。上述人员通过努力，完全有能力承担该项目所涉及的研究 内容。2技术保障*矿山工程研究所为索矿排土场初步设计单位，

16、多年从事索矿科研、设计和技术服务工作，收集了大量的原始资料。* 领导高度重视关注排土场稳定性问题， 已组织 计划、安全等部门对排土场进行了多次沉降测量， 掌握的大量的第一 手资料。根据计划，排土场稳定性分析及监测治理综合技术研究将结合索 矿排土场现场实际情况，提出具体工作步骤如下：第一步，对索矿排 土场地形、地貌及其岩土结构、地下水条件、气象条件等因素进行现 场踏勘，开展排土场地基工程地质补充勘查工作和地基土力学性质室 内试验；第二步，在确定索矿排土场地基力学性质的基础上，采用极限平衡原理分析法对索矿排土场应进行稳定性验算，借助数值模拟 分析软件，确定排土场危险滑移面位置，并对排土场已滑坡区域开展 反演分析，对排土场主要堆置要素进行优化设计；最后，对排土场已 滑坡区域和隐患区域提出治理方