天和铝土矿区排土场防护体系建设与运行管理探索
张志平 （山西省 忻州市水土保持科学研究所 ）
摘 要：针对中小型矿山排土场无序排放，引发地质灾害和环境破坏等问题，五台天和铝土矿区在因地制宜建设排土场工程防护体系；优化排土工艺措施，实行控制推进，有序排放，分层碾压，逐阶堆排，多台阶布设排土格局；严格监控建设排土场安全运营保障体系；逐渐推进生态恢复试验研究等方面进行了有益探索，取得较好效果，为中小型矿山排土场安全运营和生态恢复提供了科学依据。
关键词：排土场 防护体系 运行管理 探索 五台铝土矿
矿区排土场作为采矿区固体废弃物排放主要场地，是由大量岩、土混合物堆积而成的一种松散堆积体再朔地貌，是岩土侵蚀的多发地段,为采矿区的主要污染源地，排土场的安全直接关系到矿山工程的总体安全，影响着整个矿山的效益。矿山排土场一般多处在地形复杂的山区，具有排放量大，运行周期长等特点，目前部分矿山企业只注重经济效益，忽视生态保护，对排土场设施缺乏科学化管理，预防与治理措施不到位，在生产运行过程中盲目加快排土场推进进度，排放工艺不规范，强排、超排、乱排现象严重，造成排土场边坡不稳定，存在着严重的安全隐患，而且给后期排土场的水土保持治理与生态恢复带来较大困难。
为此，我们选择五台天和铝土矿区，开展优化排土场施工及排放工艺、综合防护体系建设、安全运行管理、生态恢复等方面进行探索，积累了一定经验，取得较好效果。
1、基本概况
五台天和铝土矿位于山西省忻州市五台县城东南，属灰岩构造土石山侵蚀地貌类型区，为中电投山西铝业有限公司100万t氧化铝工程配套自备矿山，生产能力为100万t/a，开采方式为露天开采，剥采比为8.04，于2009年开始剥离。矿区共设置3处外排土场，均为山谷型排土场。其中1#排土场为基建期和运行初期（试运行）弃土弃渣和露天采区剥离土石方排放场地，排土场总库容489.0万m3，堆高184m，分阶段高度分别为18m、36m、65m、65m；2#排土场总库容306.0万m3，堆高110m，3#排土场总库容30.5万m3，堆高53m。目前1#排土场达到设计容量要求，2#排土场正在运行，3#排土场未启用。
2、防护体系建设
2.1工程防护体系建设
排土场产生滑坡和泥石流的主要影响因素是基底的软弱岩层，排弃物中含大量表土和风化岩石，以及地表汇水和雨水的作用。针对天和矿区排土场特点，建立了以工程措施为主的防护体系建设。
1、基础处理：沟底分布有松散层，为稳定堆渣体，对沟底进行处理，即在排土场下游底部100～200m范围内，每隔20m设长20m宽2m的石笼底基，同时要求排土时做到排土场下部堆存大块废石，既可拦挡土石，又利于场内入渗水排出，可有效防止泥石流的发生，消除安全隐患。
2、拦挡工程：排土场沟口处设计11m高的干砌片石拦石透水坝，坝顶宽2.5m，坝体上、下游边坡1:1，拦石透水坝上游设20m宽平台。
考虑到排土场分阶段平台与工业场地、矿区道路关系密切，从废石堆坡脚到工业场地边缘或道路使用边缘之间除留出大块石滚落安全距离外，每个台阶均设有5m高的拦石透水坝，坝顶宽2.5m，坝体边1:1，保证废石排放安全。
3、防排洪设施：为防止坡面洪水直接进入排土场内，沿排土场外边界5m～10m处设置浆砌石矩形截洪沟，1#排土场截洪沟3474m，断面尺寸0.6m×0.6m～2.4m×1.2m。平台内侧排水沟，长650m，断面尺寸0.4m×0.5m，将坡面洪水分别汇集到各排土场拦石坝外排出，排土场内少量径流则通过下渗由堆石透水坝下排出，从而有效地解除了坡面洪水径流对排土场的威胁。
通过精心组织设计与施工建设，形成了矿区排土场设施废石拦挡、洪水截、排、蓄综合防护体系。
2.2、生态复垦措施
排土场形成了矿区大面积无植被覆盖、松散剥离土组成的堆积物，改变了原地貌的性质，在大风和暴雨的作用下，极易发生新的水土流失和环境危害。因此，对排土场进行生态恢复与重建尤为重要。
1.及时覆土：按照排土场排放工艺，边排放边整理，当形成稳定边坡和完整平台后，对边坡和平台进行整理，使坡面规整，平台平整，然后进行表面覆土，覆土厚度在0.3-0.8m之间，覆土来源全部来自露天采区预留的剥离表土。
2.基质改良：为建立一个稳定健康的植物群落, 恢复排土场生态功能，首先进行排土场基质改良，排土场平台采取深耕、施肥，种植豆科牧草，坡面雨季采取混播沙打旺、苜蓿等豆科牧草，通过生物改良措施，为后期营造乔灌混交防护林创造条件。
通过近二年实施，排土场初期基质改良、土壤培肥取得明显效果，部分天然物种已自然生长，稳定健康的植物群落正在初步形成，为排土场生态恢复奠定了基础。
3、运行与管理
3.1优化排放工艺
排土场排放工艺直接关系到渣体边坡安全稳定，充分利用排土场空间，优化排放工艺，实施合理堆置是实现排土场边坡稳定的重要前提。为此，我们采取了以下措施：
1.先拦挡、后排放。排土场位于地形复杂的山沟内，大量废石在排土场堆积，暴雨时极易形成泥石流，造成环境危害。因此，排土场采取先筑坝，后排放的施工程序，并在建设拦挡工程时按设计要求对沟底进行基础处理，设置防洪排水设施，防止水土流失或泥石流的发生。
2.分级分区堆放、多台阶排土。排土场排放时遵循沟内排石、坡面排土，陡坡排石，缓坡排土；湿地不良地段排石，干地稳定地层排土的原则。采用自卸汽车运输，堆土机自下而上分层碾压，逐阶堆排的排土方式，共堆放4个大的堆置平台，分阶段高度分别为18m、36m、65m、65m，共184m；台阶坡度控制在32°以内(渣体自然安息角35°)，排土场堆积渣体综合坡比控制在1:3.0—1:6之间。多台阶排土格局，不仅能有效地减少施工中的安全隐患，而且能极大地减少排土场形成的地质灾害的发生，并为后期的生态复垦创造必要的条件。
3.控制推进、有序排放。天和铝土矿区日平均供矿石3333t，日平均排放废石20000 t，废石排放量大，排放时间长，为了避免排放工作面局部推进太快引起边坡失稳，在整个排土线上，采区分区间歇式排土，让新排弃的岩土有充分的时间沉降和压实。通过内排外排相结合、外排土场轮换交替等方式，严格控制排土推进速度。为渣体压实，控制边坡坡度，提供时间和空间保证，提高了边坡稳定性；渣体排放时采用底部排放大块废石，上部排放碎渣，边排放边压实，实现排土--压实--排土循环有序进行，提高渣体压实密实度，有效防止了排土场塌陷、滑坡等事故发生。
3.2安全管理与监测
排土场安全排放及日常监控是矿山排土场管理的一项重要内容，直接关系到露天采矿的安全有序生产，建立健全排土场安全生产管理制度显得尤为重要。根据矿区生产运行特点制定了排土场安全生产规程，成立了矿区排土场管理组织机构，全面负责组织建立排土场各项技术参数和观测点、观测规程，编制排土场作业规程、排土场施工、整改方案，并组织质量、进度监督检查；负责审核排土场安全检查制度和应急预案，组织协调排土场各项工作，组织实施排土场复垦，实现排土场安全管理总目标，确保稳固，严防溃坝发生泥石流。
矿区排土场管理组织机构下设技术、现场管理、安全检查和复垦四个小组，明确职责，分工协作。
1.技术小组：负责排土场观测点的设立，并对观测点以及沉降、裂缝等进行观测、记录；对排土场有关参数按照规程进行观测、记录，每月不少于一次，雨季每月不少于两次；发现异常情况及时向上级报告，并进行稳固状态分析，拿出解决方案；对排土场施工、整改工作制定方案，并进行质量、进度监督检查。
2.现场管理小组：负责排土场作业规程的严格执行，按照现场作业规程及安全要求具体组织管理现场作业，并进行每日例行检查；负责突发情况通报、处置，备齐备足防洪抢险物资。
3.安全检查小组：负责制定排土场安全检查制度，组织现场安全检查，每周不少于一次，特殊气候及时检查，检查内容包括现场车挡、警示标志、指挥用品等现场安全设备设施；按照作业规程具体组织对现场作业、指挥及排土场隆起、裂缝和可能的滑坡等能够肉眼观测到的变形进行检查、记录，并拿出处理意见；定期检查突发事件应急物资和防洪抢险物资储备情况，随时了解天气变化情况及时提出向现场管理小组和领导组通报；制定应急措施预案，建立应急抢险制度、队伍及通信、报警、疏散、警戒体系，并进行定期培训检查。
4.复垦小组：根据复垦方案和规范组织复垦工作，未经技术论证和安全生产监督管理部门的批准，不得随意变更排土场设计或设计推荐的有关参数；排土场滚石区应设置醒目的安全警示标志，严禁在排土场作业区或排土场边坡面捡矿石和其他石材；下部铺垫透水石笼基底，排土场最终境界按设计修筑石笼坝以确保排土场结束后的安全稳定，防止发生泥石流灾害。
3.3科研与探索
矿区生态恢复是一个长期而艰巨过程，为进一步搞好天和铝土矿矿区生态恢复工作，全面提升矿区生态恢复技术水平，中电投山西铝业有限公司五台山天和矿区公司与忻州市水土保持科学研究所合作，将矿山生产实践与科研有机相结合，采取试验、示范、推广相结合技术路线，依据矿区气候、海拔、坡向、坡度、坡型、地表物质性状等立地条件环境因素，针对天和露天采矿区、排土场迹地引起的土地功能退化、生态结构缺损、功能失调等问题以及在生产实践当中遇到的技术难题，旨在通过工程、生物及其他综合措施来恢复和提高生态系统的功能，围绕脆弱生态矿区排土场生态修复与植被重建研究课题，开展 “基质改良土壤培肥技术措施” 、“不同立地类型植物种选择技术” ，“排土场植被式配置模式及生态恢复技术” 、“露天采区植被配置模式及及生态恢复技术”等方面的技术研究，探索中小型矿山排土场生态恢复与重建技术途径。
4.结语
针对中小型矿山排土场无序排放，引发地质灾害和环境破坏等问题，天和铝土矿采取因地制宜建设排土场工程防护体系；科学合理的控制推进，有序排放，分层碾压，逐阶堆排，多台阶布设排土格局；严格监控建设排土场安全运营保障体系；以生态恢复为目标开展科学研究等方面积进行了积极有益的探索，积累了丰富的试验资料，取得较好效果，为中小型矿山排土场安全运营和生态恢复提供了科学依据。
作者简介
张志平（1963－）：男，工程师；通讯地址：山西省忻州市，034000