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排土工程是露天矿开采生产中的主要环节,据统计,我国金属露天矿山排土费用占矿山开采总费用的15%~20%,排土场的平均占地面积约为矿山总占地面积的39%~55%。环境保护与资源开发之间的存在着尖锐的矛盾,其中土地占用问题尤为突出。随着矿山生产规模的扩大,如何高效、安全的排土成为露天矿山急需解决的问题。因此,提高排土场利用率,减少排土场的占地面积,发展新、高排土技术成为露天矿排岩的发展趋势。
本文结合JDC露天矿的实际情况,以西川排土场扩容的可行性及扩容后的稳定性为研究目标,以高台阶排土场的稳定机理和边坡主要的破坏模式为理论基础,分析了几种确定排土场极限堆高的方法,通过分析和计算,确定了排土场的极限堆积高度,得出西川排土场扩容具有可行性的结论。同时结合矿山的排土工艺,将增高扩容后的排土高度定为220米,从而使得排土场的稳定性和库容达到最佳。
通过Geostudio软件,运用极限平衡法分析扩容后边坡的稳定性,得到边坡的安全系数为F=1.175~1.210;利用有限元ANSYS模拟,运用强度折减法计算的边坡安全系数为F=1.25~1.30。两种方法结果近似,且都达到了矿山的安全要求,所以得出排土边坡稳定的结论。通过数值模拟预测排土场边坡主要的破坏模式,是以排土场内部滑坡为主,并运用拟静力分析法对地震载荷下边坡的稳定性进行了分析。最后结合排土场可能发生的灾害提出防治措施,真正做到预防为主,防患于未然,并对排土工艺及方法提出合理化的建议。
扩容后的排土场边坡稳定性系数在1.15以上,满足矿山对排土场的安全要求。研究结果表明,西川排土场扩容可行,而且扩容之后具有较好的稳定性。因此,对排土场进行扩容将为矿山节约生产成本,给企业带来利益。