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摘要：排土场作为矿山重要的安全设施被广泛研究。针对我国冶金矿山排土场存在的稳定性、软弱地基排土、环境污染、机械化水平不高、评价结果与实际不符等主要问题，通过系统总结我国在排土工艺、稳定性、灾害防治、生态复垦等方面的研究成果，提出了包括多台阶覆盖式排土方式、逆排排土工艺、参数反演和空间效应稳定性分析等解决问题的方法。以此提出了我国冶金矿山在重金属污染治理、排土场与尾矿混排、智能化监测、多场耦合稳定性分析等技术研究方面的发展方向。
关键词：冶金矿山；排土场；研究现状
1前言
据统计，我国露天矿山每年排弃废石量总共约10亿t，占地面积约80000～86667hm2。其中，冶金露天矿每年排弃废石量约5亿t，排土场占地面积是矿山总占地的40%～55%［1］。排土场作为矿山剥离废石土松散体的受纳场所，是人类经济发展的产物，长期以来作为矿山安全生产的技术课题被广泛研究。排土场是具有时空效应的人工堆积体，一旦形成即可能成为一种特殊的人工堆积边坡的永久地物。在矿山建设总体规划下，排土场形成过程大致可概括为选址→运输→排土(堆置)→灾害防治→环境保护(复垦)。目前的研究大多是针对某一排土阶段进行的，如稳定性分析方法的比较、排土参数的优化、滑坡、泥石流的灾害防治措施。对排土前的厂址选择、运排土设备选择、运距及排土线、排土后的环境保护方面的研究较少。本研究在概括国内外排土场研究现状的基础上，通过分析排土场的特点及存在的问题，提出未来发展建议，以期指导我国矿山企业排土场的发展。
2排土场存在的主要问题
区别于普通岩土问题，排土场是人工堆积体，自然产生了安全、环保等社会问题，主要表现在间断性、批量排废过程中自然形成的边坡稳定性问题;由于地质环境及工程手段的改变，在降雨、地震等因素激发下导致的滑坡、泥石流问题以及由于剥离废石土自身产生的环境问题。
2.1超高台阶排土场稳定性。
矿业的迅速发展与征地之间的矛盾，使矿山排土强调运距短、少占地，即在露天开采境界外就近排土，为追求经济效益最大化，导致多数单台阶作业、高台阶作业，单台阶高度从原来的50.0～60.0m上升到200.0～300.0m，个别达到400.0～500.0m，从而带来了超高台阶的稳定性的问题，如南芬铁矿、海南铁矿、德兴铜矿、永平铜矿、汤丹铜矿的排土场超高台阶边坡主要呈上陡下缓的上凹型曲线，稳定性问题主要表现:
①散体物料力学参数取值偏低;
②基底承载机制与排土堆高的关系;
③潜滑面的确定;
④渗流耦合。
2.2环境影响。
排土场对环境方面的影响主要表现在噪声、粉尘、水体及重金属污染。噪声和粉尘采取相应的技术措施可以得到很好解决，而水体污染和重金属污染则主要因松散岩土物料化学性质不同，对周边环境有较大的潜在影响，污染土壤和水源。
2.3软弱基底排土。
不同于其他地基，排土场基底表土一般未清除。在我国，将排土场布置在软弱基底之上的露天矿有许多，由此带来的排土场稳定性问题日渐凸显，排土场变形及滑坡灾害频频发生。软弱基底承载力直接影响排土场堆高，大多数研究集中在如何提高软弱基底地基承载力方面。《GB51119—2015冶金矿山排土场设计规范》也只是对堆载预压第一台阶高度作出了相关规定，而忽略了排土对基底软弱层演化规律的影响。
2.4机械化水平不高。
装、运、排设备的机械化水平影响排土作业的功效及连续化。目前，国内冶金矿山排土场普遍机械化水平不高，主要表现在设备的大型化和智能化方面欠缺。
2.5稳定性评价结果与现状不匹配。
稳定性分析计算作为排土场安全评价的一个重要指标，即便力学参数采用原位剪切试验和大型三轴试验来获得，分析方法也采用瑞典圆弧法、Bishop法、Monster－Price法综合分析，但稳定性分析结果仍面临与排土场实际状态不相符的尴尬境地，如安全系数较高的典型剖面，实际却失稳破坏。这就需要我们解决力学参数等效性取值、力学模型如何确定以及排土场空间效应突出方面的问题。
3对策建议
3.1多台阶排土。
采用覆盖式和压坡脚式多台阶排土，对于有软岩地基或含大量表土软岩的排士场稳定性具有积极的作用。当采用多台阶复盖式排土方式时，下部排大块岩石，上部排软岩和破碎岩石，如此底部硬岩台阶直接接触软岩地基土层，有利于地基的压缩、固结、排水，进而增加基底承载能力。也可进行压坡脚式排土方式，先期排土和风化岩石，后期排弃大块岩石，反压坡脚，以保证排土场下部的排水疏畅及其稳定性。
3.2逆排工艺。
在露天矿排土工艺上一般都选择顺排的方式，即由内向外、由近向远排土方式。而采用逆排工艺则有利于排土场的稳定性。它在排土时，可以选择在排土场的出口处，先构筑坡脚坝(宜用大块、硬岩石形成透水坝)，然后由外向内分层排土，排土顺序是由低到高、由外到内，最终形成单台阶或多台阶的排土边坡。这种采用小段高、多台阶、由外向内分层排土的排土方式，即逆排工艺。这种排土方法工艺简单，排水费用低，对于稳固排土场坡脚和软岩地基有积极作用。
3.3加强排土场空间效应研究。
可以采用参数反演等方法，来论证力学参数选取和力学模型的合理性;建立符合排土场实际的本构方程，进而研究排土场边坡的空间效应。《GB51119—2015冶金矿山排土场设计规范》的出台，建立了排土场安全等级和控制标准，同时疏理并优化了稳定性评价方法，是化解评价结论和现状不匹配尴尬的基础，具有实用意义。
4结束语
我国冶金矿山排土场研究经过几十年的研究已经从单一的稳定性分析方法的比较、排土参数优化、滑坡、泥石流灾害防治措施研究，到着眼于矿山可持续发展的系统研究方面。针对我国冶金矿山排土场主要存在的超高台阶排土稳定性、软弱地基排土、稳定性评价结果与实际不符等问题，提出了多台阶排土、采用逆排工艺等解决方法。同时，应加强超高台阶排土、排土场与尾矿混排、重金属污染治理技术，以及智能化监测等方面的应用研究，进而推动我国冶金矿山排土场发展。
参考文献
[1]王运敏，项宏海．排土场稳定性及灾害防治[M]．北京:冶金工业出版社，2015（90）：167-169．
[2]王运敏.现代采矿手册(中册)[M]．北京:冶金工业出版社，2016（90）：159-160．
[3]中国冶金建设协会.GB51119—2015冶金矿山排土场设计规范[M]．2016（55）：178-179．