本文是一篇博士论文，博士论文是由攻读博士学位的研究生所撰写的学术论文。它要求作者在博士生导师的指导下，选择自己能够把握和驾驭的潜在的研究方向，开辟新的研究领域。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇博士论文，供大家参考。
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景
新桥矿业有限公司历史悠久，早在 1972 年已经开始建设，1983年成立铜陵市新桥硫铁矿，1991 年与其他化工单位一起，合并组成铜陵化工集团，进入一个全新的发展阶段。矿区地质储量丰富，是一座以硫为主，同时富含金、银、铜、铁、铅、锌等多种元素的大型露天、地下联合开采的综合性矿山。近年来，矿业公司全力开展增产创效工程，截止到 2010 年，矿业公司露采、井下联合产能已突破到 150 万吨/年，成为中国华东、华中地区最重要的硫资源供应商。新四房排土场是矿业公司二期规划露天开采，所配套的工程项目之一。根据马鞍山矿山工程勘察设计研究院 2006 年所做的《新桥矿业 有限公司新四房二期排土场增容研究排土场整体排土结构参数及 施工图设计》研究报告来看，最终设计排土场北部堆积标高为+215m，设置+150m、+180m 和+200m 三个排土平台，设置平台宽度均为 15m，最终设计南部堆积标高为+200m，设置+150m、+180m 两个排土平台。中部排土场由拦截坝向沟谷内排土，设置+90m、+120m，+150m、+180m 四个平台，最终设计堆积标高为+200m。 每级台阶按 1：1.5 坡比控制排土。按此增容研究报告可知，新四房二期排土场最终设计库容为 5869 万 m3。从排土现状来看，南部排土场顶标高达到设计高程+200m 左右，北部排土场顶标高至+180m～+190m，整个排土场场区南北长约1700m，东西宽约 550m，排土场现有西侧+90m（平台宽约 30m）、+120m（平台宽 25m 左右）、+150m（平台宽约 25m）和+180m（尚未形成完整平台）四个排土水平，排土场东西向剖面最大堆置高约127m；东侧排土形成+120m（平台宽约 20m）、+150m（平台平台宽约 25m）和+180m（尚未形成完整平台）三个排土水平，排土场东西向剖面最大堆置高约 66m。阶段堆排高度 30m，台阶边坡角 33°～35°。
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1.2 国内外研究动态及现状
20 世纪 90 年代以来，随着计算机技术、矿业系统工程、环境工程及人机工程在采矿业中获得愈来愈普遍的引用，露天采矿方法、工艺获得长足的进步，新的采矿技术正大量的涌现，情势愈来愈多样化，露天采矿正朝着大型化、自动化、经济化、安全环保化的方向发展。由于露天矿其开采规模大、生产成本低、资源回收率高、生产安全能有效保障这些显著优点，近些年我国露天矿山呈现出明显的扩大增长趋势。一个矿山，尤其是露天矿山的开采，土地的需求一直是现实存在的问题。这不仅是露天采场对土地的大范围占用，开采所产生的无用岩土也需要大量的排土空间。而矿业属于资源型产业的一种，它又具备不可再生性。伴随着经济的成长，社会生产力对矿产的需求越来越大。从这次 19 大的召开，习总书记的报告里可以看出，随着中国经济的快速发展，我国的主要矛盾已经发生变化，人们对美好生活的向往，对蓝天绿水的渴求，势必对生态环境的保护意识也会越来越高；同样的，对我们露天矿山的开采也就提出了更高的要求。如何利用有限的土地资源，减少人、地矛盾，在不影响矿山生产延续性的同时，能够做到废石物料的有序、合理堆排，就是一个很值得研究的课题。目前国内大多数露天矿山的开采，对排土场的堆排做的研究还只是很粗放，最初的出发点都是优先考虑矸石的堆放，就是怎么把生产产生的物料安置进去。而对于排土场的利用，也只是停留在比较粗放的层面，但是这几年随着国家对环保安全的重视，一大批中小型矿企被亮了红灯，关停、整顿，我国的矿企现在正在积极的寻求转型突破，追其更加精细化的管理，更加经济化的生产模式和企业长久的可持续发展，这种发展更多的是寻找与周边人文、环境，与整个社会的协调，应该说整体正在呈现越来越好的趋势。我国一些新建的、待建的露天矿需剥离的表土层甚厚；很多大型矿山规划了内排土场；因为要求尽量少占耕地，势必会增添排土场高度；有的矿山还采用了胶带排土工艺。以上种种，都给排土场的优化改造研究提出了新的课题和方向。国外因其矿藏贮存条件的不同，他们的矿山开采跟我国正相反，大部分都是以露天开采为主，而且因其发展的先进性，他们的生产模式就显得更加科学、合理点，以澳大利亚为例，维多利亚港每年都要出口大量矿石，一个矿山从调研、设计、开采的资源利用、后期矿山闭坑、土地复垦都要提前规划好，上报审批通过后，一个矿山才能正式开采。所以他们对矿山资源的利用率非常高，后期的采场、排土场闭坑后的规划都非常完善。
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第2章 新四房排土场工程概况
2.1 区域交通及自然概况
2.1.1 自然地理
铜化集团新桥矿业有限公司，位于安徽省铜陵顺安镇新桥村附近，按行政区划分隶属于铜陵市义安区。矿区中心地理坐标为：东经 117°58′36″，北纬 30°55′06″。矿区所在地距铜陵市中心16 km，距铜陵水务港口码头 32 km，距顺安镇仅 6 km，同时，沪渝高速、320 省道、009 县道，以及南车集团 701 子公司铁路专线都在矿区边上，交通可谓极其发达。矿业公司矿区位于长江以南，属沿江丘陵地带，地处沿江平原、皖南山区的结合部，山脊走向为北东，矶山最高处海拔 326m，一般盆地海拔 30～50m。矿区气候具有江南的典型特征，属亚热带季风带，暖和又潮湿，春夏多雨，夏热冬暖。据铜陵气象资料统计：矿区地表水体主要来自于圣冲河、新西河、东方红水库以及山体泉水。圣冲河从南向北，贯穿了整个矿区，最后在矿区北部集中进入新西河。在矿区的南部有个东方红水库，它是经由圣冲河上游修泄洪堤坝，截流后形成的。山体泉水还在水库的上游 300m 处，经自流进入矿区南部东方红水库。
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2.2 矿区基本地质条件
新桥矿位于长江之滨，古铜都铜陵，长江中下游铜铁矿带中段，从地质构造上看，属于江南台向斜下扬子拗陷褶带之芜湖至安庆断褶带中，该地区地质构造基底早期来自印支、燕山地壳运动，体现出走向北东、复式向斜和相间排列的短轴北斜。断裂构造以 NW 向横向断裂为例，它最发育、延伸最大，把区域地块划分成许许多多小的版块，并因此加剧裂隙发育，形成地下水径流通道。从区域内地层散布环境看，上于三迭系、下至志留系，地层中的碳酸盐岩和碎屑岩交错散布，C2-T2 期间始终位于华南海盆北部边沿，为一段相较安稳的造岩时期，至 T3 才抬升为陆地，此前地壳运动以垂直振荡为主，造成 S3z 至 P2d 各地层组之间均呈不整合状态，有暂短的冷接触。进入 T3 晚期，印支、燕山地壳运动造成区域内沉积盖层产生猛烈的褶皱和断裂，显出为山、盆地势。中生代的中酸性岩浆岩普遍散布在这片区域内，也是区内初期矿床形成的主要物质来源。矿业公司矿区就坐落在这个东西向构造的岩浆带中，该带包括了新桥矿田、铜官山矿田、凤凰山矿田等一系列金属硫化物矿床密布的矿田。该区域地貌发育由于北东向构造影响，表现为东、南部以丘陵、低山地貌为主，西、北侧演化为浅丘平原状态的特殊地貌。
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第 3 章 排土场现状分析及地质条件..............13
3.1 排土场现状分析 ..............13
3.2 排土场区域地质条件 ..........15
第 4 章 排土场增容优化改造.........19
4.1 排土方量计算 .....19
4.2 优化改造设计......20
第 5 章 排土场安全稳定性分析.......25
5.1 稳定性评价方法及影响因素.....25
5.2 地下水渗流场数值模拟 ........29
5.2.1 地质分析模型的建立.......29
5.2.2 地下水渗流场数值模拟.....29
5.3 排土场稳定性计算 ............31
5.3.1 A-A 剖面稳定性计算 .......31
5.3.2 B-B 剖面稳定性计算 .......32
5.3.3 C-C 剖面稳定性计算 .......33
5.3.4 D-D 剖面稳定性计算 .......34
5.4 排土场稳定性分析总结 ........36
第5章 排土场安全稳定性分析
排土场自身的安全稳定性是排土场优化改造研究中必须要分析考虑的重点问题。他的安全稳定直接关系到矿业公司能否保持持续生产能力的需要，以及矿山生产安全能否得到有效保障。所以，分析优化改造后的新四房排土场安全稳定性就显得极为重要。通过对排土场的稳定性分析，可以进一步验证研究设计的合理性，也可以指导后期的排土施工作业，提前预测可能发生的灾害事故，进而做到防患于未然。本文开展的排土场稳定性分析，主要针对滑动变形而言，其主要任务是计算排土平台或排土场边坡的安全稳定值，对比验证许用的安全系数，确定排土平台或排土场边坡的安全排高和最终边坡角。开展边坡稳定性计算，需要紧密结合排土场自身的具体特点。#p#分页标题#e#
5.1 稳定性评价方法及影响因素
边坡稳定性计算方法，大抵可以归为三类：刚体极限平衡法、有限元法以及概率法。其中刚体极限平衡法是在工程上较常运用的基础方法，它经由将滑体视为刚体，即不考虑其变形，只考虑滑体沿滑面的位移，运用刚体瞬时力的平衡原理，计算对比许用的安全系数，来评价边坡的稳定性。
5.1.1 极限平衡分析方法
极限平衡分析法，在研究排土场安全稳定性的众多方法中，相对较为简便易用，工程应用也较为成熟。根据不同假定条件的条块间力、不同滑落面形状，它又具体划分为瑞典法、简化 BISHOP 法、简化 Janbu 法、Spencer 法等等。这里我们采用计算边坡破坏最常用的简化 BISHOP 法，该法计算精度相对较高。简化 BISHOP 法是忽略不计条块间的切向作用力，假设只有水平力。大气降水是排土场地下水的首要供给来源。其次，排土场的地下水还来自于地层中的节理、裂隙水以及排土场排弃物料里含的孔隙水。当含水的粘土质排弃物料堆排至一定高度时，排弃物下部被压实，由空气、水、土岩三相状态变为水、土岩二相状态，排弃物内就会产生孔隙水压力，这对排土场安全稳定性影响非常大。地下水通过对排土场堆排物料的浸泡，会减小土岩颗粒间有效正应力，降低土岩抗剪强度；当透水良好的排弃物补给水较多时，内部甚至会形成渗流带，极大地降低排弃物料的抗滑力，从而形成滑动面。
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结论
新四房排土场优化改造方案切实可行，通过结合了各方面的因素综合考虑，满足了当下矿山的生产排土需求，保障了矿山露转坑项目的持续推进，同时，以较低的成本，在原有新四房排土场的基础上进行二次开发利用，既保护了环境，又减少了征地，为矿业公司创造了非常可观的经济效益，也为其他同类露天矿山提供了实际可行的参考价值。得出主要结论如下：
（1）新桥矿二期排土场目前已堆废石 5229.80 万 m3， 近年来，由于新桥矿业公司露天转地下项目的持续推进，矿山生产方式发生了较大的变化，露天采场剩余开采年限内剥离的产生的废石量产生变化，矿山生产产生的少量干堆细物料需堆排至排土场内，排土场排土规划和结构参数需要进行调整和优化。使剥离废石、干堆细物料在堆排空间和时序上相协调，保证矿山生产的持续和排土场的安全稳定。根据排土场原规划设计结合排土场排土现状，需在排土场内选择合适范围进行后续的废石和干堆细物料的堆排。本研究对排土场北部优化改造，最终堆积标高为+195m，设置+150m、+180m 平台，平台宽度为 15m，台阶按 1:1.5 坡比控制排土。+195m 平台留设 20m安全平台，在坡顶四周形成封闭的废石坑堆排干堆细物料。对排土场南部进行加高增容，最终堆积标高为+215m，设置+180m、+190m、+210m 平台，+215m 平台留设 20m 的安全平台，在坡顶四周形成封闭的废石坑堆排干堆细物料。排土场中部维持现状，保持不变。对优化改造后的排土场选择典型剖面开展稳定性分析计算，校核常规工况、暴雨工况以及地震情况下的稳定安全系数，验证结果满足相关规范要求，表明优化设计方案切实可行。
（2）新四房排土场后续废石和细物料的堆排需严格按照本次设计图纸和设计文本描述的方案进行，排放过程和排放完成后均不能超过设计最终高程，所留设平台宽度、各区段边坡坡度不得小于设计要求。细物料需按设计要求分步分区进行堆排，必须先形成废石坑后再进行细物料堆排，不得随意堆放，细物料总量不得超过设计总量。所堆排的废石、细物料等要达到环保标准，对周围环境和水体不能产生污染。
（3）排土场内严禁随意开挖，不得威胁废石坑的稳定，避免造成边坡垮塌事故。在项目的具体实施过程中，矿业公司需要就本次排土场优化改造研究完善相关建设程序，并制定详细的工作方案，协调好排土场内各单位工作秩序，把安全放在首要位置。
（4）排土场日常管理中要做好监测，定期观察排土场内部位移变化的情况并做好记录。特别是雨季时期，要做好预警方案，及时组织生产部门进行排水作业，避免坡顶形成大范围积水。同时，排土场应定期开展稳定性分析、进行安全评价，以利于及时对排土场进行诊断，发现问题及时整改，排土场即将全部到达设计标高时，应提前进行关闭和复垦设计。
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参考文献（略）
