一、引言

    2008年8月1日，山西省太原市婁煩縣尖山鐵礦排土場發(fā)生特別重大跨塌事件，造成45人遇難。十幾年前，福鼎玄武巖礦山廢石場也發(fā)生過滑坡事件，造成一定的人員傷亡和財產(chǎn)損失。如何防范礦山排土場的跨塌、滑坡災(zāi)害，保障人民生命財產(chǎn)安全，已經(jīng)成為非煤礦山企業(yè)經(jīng)營者的一個十分嚴(yán)峻的重大課題。

    福鼎玄武巖礦山由于開采初期歷史的原因，廢石場地段長達(dá)近1000米，由于廢石場的高位勢能得不到釋放，加之特殊的地質(zhì)條件，因而埋下了滑坡隱患，成為礦山的一個重大危險源，存在著隨時可能發(fā)生跨塌、滑坡的安全生產(chǎn)事故。而且排土場各地段發(fā)生跨塌、滑坡的風(fēng)險概率具有隨機(jī)不確定的特征。

    為了使制定排除重大安全隱患應(yīng)急預(yù)案有科學(xué)依據(jù)，防患于未然，有效地控制排土場避免發(fā)生跨塌、滑坡災(zāi)害。2000年，福鼎玄武巖礦山建立了一套礦山排土場位移監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)投八運(yùn)行以來，我們掌握了礦山排土場各地段動態(tài)位移的準(zhǔn)確信息，使重大安全隱患優(yōu)先治理的事故處理原則有了科學(xué)的決策依據(jù)，并曾經(jīng)成功地預(yù)報并防范了一次排土場潛在的滑坡危機(jī)，收到了良好的效果。

    二、排土場位移監(jiān)控理論機(jī)理簡介

    排土場發(fā)生位移是因為排土場內(nèi)的固體排棄物受外界因素的誘發(fā)而獲得的了產(chǎn)生位移的動能。根據(jù)能量平衡定律。滑體得到的動能等于滑體損失的位能與克服滑體移動摩擦阻力所作的功之差。

    摩擦系數(shù)f值決定了排土場滑體的抗下滑力。足夠大的摩擦系數(shù)是保障排土場隱定的前提條件。

    摩擦系數(shù)f值是個變量。由于大氣降水下滲，加之地下水的作用，在排土場內(nèi)部形成滲水流，增加了排土場土巖中的靜水壓力和動水壓力，從而使排放的固體排棄物與土巖接觸面的f值逐漸減少，降低了土巖的抗剪強(qiáng)度；另外，有的排土場原始山坡植被發(fā)育，殘積土層厚，在排放過程中又不注意土、石分棄，因而增強(qiáng)了排棄物親水性，在滲流水的作用下很容易軟化，而形成滑體的軟弱層。從而進(jìn)一步加劇了f值的下降速度。當(dāng)摩擦系數(shù)f值下降到其臨界點(即f＝tgα)時，將產(chǎn)生滑體整體突發(fā)性跨塌并形成“雪崩式”的連鎖反應(yīng)，即泥石流跨塌災(zāi)害。

    f值的變化不是瞬間完成的，它的變化有一個過渡過程，由此而引發(fā)的滑體位移亦有一個從“漸變”到“突發(fā)”的過程。在這個過渡過程中，人們完全可以通過對排土場動態(tài)位移的準(zhǔn)確監(jiān)控達(dá)到對排土場跨塌、滑坡風(fēng)險預(yù)報的目的，從而進(jìn)行科學(xué)的風(fēng)險評價，從不確定的風(fēng)險場中確定出高風(fēng)險段，在其滑坡“漸變”的過渡過程中爭取足夠的時間進(jìn)行應(yīng)急處置，及時有效地防范和控制排土場出現(xiàn)的險情，將跨塌、滑坡災(zāi)害消滅在事故萌芽狀態(tài)。

    三、監(jiān)控系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

    根據(jù)排土場滑坡產(chǎn)生機(jī)理，2000年，我們在礦山建立了一套排土場動態(tài)位移監(jiān)控系統(tǒng)，在礦山東坡、北坡、南坡三個原歷史遺留下來的順坡排棄的廢石場敏感部位建立控制點，引進(jìn)日本進(jìn)口的電子全站儀，分別以三個固定點三維坐標(biāo)為測量基點，測量控制點的三維坐標(biāo)。專人操作，周期測量(每十日一次，暴雨后加密測量)，通過測量掌握其動態(tài)位移，成功地預(yù)報并防范了一次排土場潛在的滑坡危險，收到了良好的效果。

    2000年12月至2001年2月間，檢測數(shù)據(jù)表明北坡原廢石場位移較為明顯。該廢石場高程在+502m至+380m之間，其前后緣相對高差122m，軸向長約250m，橫向?qū)捈s150m。人工堆積的廢石分布于原始坡度比較陡峭的山坡上，礦山開采早期廢石任意排放，順坡堆積，形成了人工石錐群約30萬立方米，其巨大的荷重對山坡前緣及下部殘積土產(chǎn)生巨大的水平及垂直推力，致使近30萬m。滑體產(chǎn)生位移變形。監(jiān)測數(shù)據(jù)如下表所示(其中N，點處于前緣位置，N4、N5點處于后緣位置)。

    準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明滑體目前正處于一種平衡與不平衡的極限狀態(tài)中。從監(jiān)控數(shù)據(jù)表可以看出，從1月23日至2月4日不足半個月的時間段內(nèi)，滑體前緣向正北方向移動了0.4米，而滑體后緣向正北方向移動了1.2米。前后緣均有移動說明了位移不是局部的崩塌，而是滑體在整體下滑。而且如此大范圍的位移說明了滑體正承受著巨大的水平推力，滑體有可能處于全面跨塌的“臨界”狀態(tài)。如果不及時啟動排除重大事故隱患應(yīng)急措施，滑體的“漸變”過程將有可能在強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨的作用下產(chǎn)生突發(fā)性下滑?？茖W(xué)的風(fēng)險評價機(jī)制的建立給我們贏得了處置重大安全隱患的寶貴時間，同時也給我們提供了制定排除這種重大安全隱患的方案的科學(xué)決策依據(jù)。在啟動處理應(yīng)急預(yù)案的過程中，一方面我們采取了及時匯報、公布險情、封鎖道路、嚴(yán)密觀測的應(yīng)急措施。同時尋求技術(shù)支持，委托富有地災(zāi)處理經(jīng)驗的省地質(zhì)工程勘察院進(jìn)行以下勘察分析：(1)因時間緊迫，在不采用物探手段的條件下根據(jù)目前場地情況最大限度地查明廢石場的地質(zhì)條件。(2)綜合分析近段時間位移監(jiān)控數(shù)據(jù)，對廢石場進(jìn)行穩(wěn)定性分析及推力計算。(3)對卸荷減載可行性具體方案提出具體的可操作的咨詢意見。在省地勘院有關(guān)專家的指導(dǎo)下，對廢石場滑坡特征進(jìn)行分析，進(jìn)而對位移變形的成因進(jìn)行探討，最后形成了如下結(jié)論：(1)滑體由礦碴和殘坡積土組成，滑坡面位于殘坡積土中；(2)滑坡面積約3 7萬m2，涉及方量約37萬m3，屬推移式大型滑坡；(3)滑體目前正處于平衡與不平衡的極限狀態(tài)中，在誘發(fā)因素的作用下，將可能產(chǎn)生整體下滑并形成泥石流。根據(jù)對險情分析的結(jié)果，立即采取卸荷減載壓腳的緊急治理措施，用數(shù)月時間徹底排除了滑坡隱患。

    四、結(jié)束語

    排土場是露天開采礦山的重大危險源之一。在礦山建立起排土場動態(tài)位移監(jiān)控系統(tǒng)，利用觀測得到的排土場碴、土的位移量和位移速率，并進(jìn)行推力計算和穩(wěn)定性分析，根據(jù)分析的結(jié)果可以判定排土場的碴、土是否存在跨塌、滑坡的危險，制定采取相應(yīng)的技術(shù)措施，是有效防范排土場發(fā)生跨塌、滑坡事故的方法手段之一。