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排土場(chǎng)位移監(jiān)控系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

作者:朱小同  
評(píng)論: 更新日期:2012年01月14日

    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(chǎng)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(chǎng)也發(fā)生過滑坡事件,造成一定的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如何防范礦山排土場(chǎng)的跨塌、滑坡災(zāi)害,保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全,已經(jīng)成為非煤礦山企業(yè)經(jīng)營(yíng)者的一個(gè)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(chǎng)地段長(zhǎng)達(dá)近1000米,由于廢石場(chǎng)的高位勢(shì)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(gè)重大危險(xiǎn)源,存在著隨時(shí)可能發(fā)生跨塌、滑坡的安全生產(chǎn)事故。而且排土場(chǎng)各地段發(fā)生跨塌、滑坡的風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)各地段動(dòng)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(bào)并防范了一次排土場(chǎng)潛在的滑坡危機(jī),收到了良好的效果。

    二、排土場(chǎng)位移監(jiān)控理論機(jī)理簡(jiǎn)介

    排土場(chǎng)發(fā)生位移是因?yàn)榕磐翀?chǎng)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(dòng)能。根據(jù)能量平衡定律?;w得到的動(dòng)能等于滑體損失的位能與克服滑體移動(dòng)摩擦阻力所作的功之差。

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

    摩擦系數(shù)f值是個(gè)變量。由于大氣降水下滲,加之地下水的作用,在排土場(chǎng)內(nèi)部形成滲水流,增加了排土場(chǎng)土巖中的靜水壓力和動(dòng)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(chǎng)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(diǎn)(即f=tgα)時(shí),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(gè)過渡過程,由此而引發(fā)的滑體位移亦有一個(gè)從“漸變”到“突發(fā)”的過程。在這個(gè)過渡過程中,人們完全可以通過對(duì)排土場(chǎng)動(dòng)態(tài)位移的準(zhǔn)確監(jiān)控達(dá)到對(duì)排土場(chǎng)跨塌、滑坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)的目的,從而進(jìn)行科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),從不確定的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中確定出高風(fēng)險(xiǎn)段,在其滑坡“漸變”的過渡過程中爭(zhēng)取足夠的時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處置,及時(shí)有效地防范和控制排土場(chǎng)出現(xiàn)的險(xiǎn)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(chǎng)滑坡產(chǎn)生機(jī)理,2000年,我們?cè)诘V山建立了一套排土場(chǎng)動(dòng)態(tài)位移監(jiān)控系統(tǒng),在礦山東坡、北坡、南坡三個(gè)原歷史遺留下來的順坡排棄的廢石場(chǎng)敏感部位建立控制點(diǎn),引進(jìn)日本進(jìn)口的電子全站儀,分別以三個(gè)固定點(diǎn)三維坐標(biāo)為測(cè)量基點(diǎn),測(cè)量控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。專人操作,周期測(cè)量(每十日一次,暴雨后加密測(cè)量),通過測(cè)量掌握其動(dòng)態(tài)位移,成功地預(yù)報(bào)并防范了一次排土場(chǎng)潛在的滑坡危險(xiǎn),收到了良好的效果。

    2000年12月至2001年2月間,檢測(cè)數(shù)據(jù)表明北坡原廢石場(chǎng)位移較為明顯。該廢石場(chǎng)高程在+502m至+380m之間,其前后緣相對(duì)高差122m,軸向長(zhǎng)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(duì)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?;w產(chǎn)生位移變形。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下表所示(其中N,點(diǎn)處于前緣位置,N4、N5點(diǎn)處于后緣位置)。

    準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)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?cái)?shù)據(jù)表可以看出,從1月23日至2月4日不足半個(gè)月的時(shí)間段內(nèi),滑體前緣向正北方向移動(dòng)了0.4米,而滑體后緣向正北方向移動(dòng)了1.2米。前后緣均有移動(dòng)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(shí)啟動(dòng)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。科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)機(jī)制的建立給我們贏得了處置重大安全隱患的寶貴時(shí)間,同時(shí)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(dòng)處理應(yīng)急預(yù)案的過程中,一方面我們采取了及時(shí)匯報(bào)、公布險(xiǎn)情、封鎖道路、嚴(yán)密觀測(cè)的應(yīng)急措施。同時(shí)尋求技術(shù)支持,委托富有地災(zāi)處理經(jīng)驗(yàn)的省地質(zhì)工程勘察院進(jìn)行以下勘察分析:(1)因時(shí)間緊迫,在不采用物探手段的條件下根據(jù)目前場(chǎng)地情況最大限度地查明廢石場(chǎng)的地質(zhì)條件。(2)綜合分析近段時(shí)間位移監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),對(duì)廢石場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析及推力計(jì)算。(3)對(duì)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(duì)廢石場(chǎng)滑坡特征進(jìn)行分析,進(jìn)而對(duì)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(duì)險(xiǎn)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(shí)間徹底排除了滑坡隱患。

    四、結(jié)束語(yǔ)

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

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