福建某礦山尾礦壩穩定性分析評價

■何雪鋒 ■福州瀚宇巖土工程有限公司，福建 福州 350001

我國是一個礦業大國，礦產資源的大量開采，必然產生大量的廢棄物，我們簡稱為“尾礦”，礦山大部分尾礦均堆存在尾礦庫內，尾礦堆積壩是尾礦庫的重要設施之一，尾礦堆積壩一旦發生事故，對下游人民的生命財產造成嚴重的威脅，也給企業帶來重大的損失，給社會造成不良的影響。因此，應做好尾礦堆積壩壩體的安全管理工作及壩體穩定性的評估工作。現以福建某礦山尾礦堆積壩為例進行穩定性分析評價。

1 工程概況

福建某硫鐵礦原屬國有企業，于1982年組建，企業擁有采礦10.0×104t/a、選礦4.5×104t/a規模的采、選生產系統。該尾礦庫為300t/d選礦廠的配套設施，庫址區位于選礦廠西側下方溝谷中。選礦廠排出的尾礦漿通過專用管道自流至尾礦庫內堆放，采用斜管放礦法放礦，利用尾砂人工堆積后期壩，屬上游式山谷型尾礦庫。該尾礦庫于1983年建成并投入使用，2004年選礦廠停廠，停止向尾礦庫排放尾礦。

尾礦初期壩為均質亞粘土壩，壩底標高454.4m，壩頂標高471.8m，壩高17.4m，壩頂寬2.0m，壩頂軸線長約53.8m，外坡比為1∶2.26，內坡比為1∶2.50。初期壩外坡465.8m處設有寬1.5m的馬道;標高458.0m以下設干砌塊石排滲棱體，棱體頂寬1.5m，內、外坡比均為1∶1.50。

現有尾礦堆積壩壩頂標高494.6m，壩高22.8m，總外坡比為1∶4.60，由33級堆積子壩組成，采用編織袋裝尾砂筑壩，每級子壩壩高0.40～0.80m，頂寬0.80～2.0m，標高487.6m處設西側寬26.0m、東側寬7.8m的平臺。

該尾礦庫初期壩高17.4m，堆積壩壩高22.8m，總壩高40.2m，由于尾礦庫下游約1km為永興鎮龍下村，有1660多人口和2860多畝耕田，尾礦庫初期壩與下游龍下村相對高差較大(高差約200m)，根據《選礦廠尾礦設施設計規范》(ZBJ1－90)，屬3等別尾礦庫。

2 壩體工程地質條件

庫址區地層結構較為簡單，上部為尾粉砂、尾粉土、素填土及第四系坡殘積土(Qdl+el)，基底為上元古界麻源群第三段石英云母片巖(Pt3myc)及其風化殼。壩體材料及壩基巖土的主要設計計算參數如下表。

表1 壩體及壩基巖土設計計算參數推薦

3 穩定性分析與評價

3.1 穩定性計算原理

本文采用北京理正巖土計算軟件中的邊坡計算模塊，采用瑞典圓弧法計算，該方法不考慮滑動土體內部的相互作用力，假定壩坡穩定屬于平面應變問題。

堆積壩穩定性計算簡圖如圖1，將滑動帶內的滑體分成n個土條，從中取一個土條i，其上的作用力有土條自重Wi和作用于土條底面的抗滑力。土條自重Wi作用下將繞圓心O旋轉而向下滑動。因此，使土體繞圓心O下滑的滑動力矩為Ms=WiRSinθi，土體抗滑力是滑弧AED上的抗滑力對圓心O取矩

圖1

安全系數K

式中:K—整個滑體剩余下滑力計算的安全系數;

li—第i條土條的滑動面長度(m)，li=biSecθi

Wi—第i條土條自重

θi—第i條重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角

c、φ —土的抗剪強度指標

3.2 堆積壩穩定性計算

根據壩體及壩基巖土層結構，以堆積壩中心軸線為典型計算斷面建立模型進行數值模擬分析，計算壩坡抗滑穩定系數以及對應的滑移面，求得最小安全系數及最危險滑移面。

計算軟件采用北京理正邊坡分析軟件5.11版，計算方法采用瑞典圓弧法。穩定性計算取用的初期壩壩體、尾礦堆積體及壩基巖土層參數如下表。

表2 壩坡抗滑穩定性計算參數表

壩址區抗震設防烈度小于6度，可不進行特殊運行期堆積壩壩坡抗滑穩定計算。

目前尾礦堆積壩壩頂標高494.6m，總壩高40.2m，下游約1km為永興鎮龍下村，根據《選礦廠尾礦設施設計規范》(ZBJ1－90)，屬3等別尾礦庫。現有堆積壩在正常運行期及洪水運行期(按安全超高0.7m對應的最小灘長70m)的壩坡抗滑穩定系數計算結果見下表

表3 現有堆積壩壩坡抗滑穩定系數

根據計算結果，尾礦堆積壩在正常運行期和洪水運行期的抗滑穩定系數，均小于《尾礦庫安全技術規程》(AQ2006－2005)規定的3等別尾礦庫相應工況的壩坡抗滑穩定最小安全系數1.25及1.15，堆積壩壩坡抗滑穩定性不足。

3.3 尾礦堆積壩治理方案

根據堆積壩壩坡抗滑穩定性驗算結果，現有堆積壩在正常運行期及洪水運行期的抗滑穩定系數，均小于《尾礦庫安全技術規程》(AQ2006－2005)規定的3等別尾礦庫相應工況的壩坡抗滑穩定最小安全系數1.25及1.15，尾礦堆積壩壩坡抗滑穩定性不足。

建議采取下列治理措施，對尾礦庫進行整治:

(1)完善堆積壩壩肩截水溝、壩面排水溝，壩面應采用土石覆蓋及植被綠化，防止地表水浸入壩體、沖刷壩面及匯入庫內;

(2)初期壩外坡面采用塊石貼坡，壩坡腳進行堆石反壓;

(3)設置觀測點，作好堆積壩的監測工作，進行浸潤線、壩體沉降及位移等項目的觀測，對下游災害和環境風險作出評估;

(4)根據防洪標準復核尾礦庫防洪能力和結構強度，防洪能力或結構強度不足時，應增加排洪能力或增設溢洪道;

(5)建立完善堆積壩日常維護管理制度，加強巡查，發現問題，及時處理。

通過采取初期壩壩腳(465.8m馬道以下)設反壓平臺，平臺頂寬3.0m，外坡比1∶2.50整治措施后，堆積壩壩坡抗滑穩定系數計算如下表。

表4 整治后堆積壩壩坡抗滑穩定系數

根據計算結果，采取初期壩壩腳(465.8m馬道以下)設反壓平臺整治后，尾礦堆積壩壩坡抗滑穩定系數有較大提高，堆積壩在正常運行期和洪水運行期的抗滑穩定系數，均大于《尾礦庫安全技術規程》(AQ2006－2005)規定的3等別尾礦庫相應工況的壩坡抗滑穩定最小安全系數1.25及1.15，堆積壩安全穩定。

4 結束語

做好尾礦壩的安全管理工作，提高壩體穩定性做好壩體穩定性的分析工作，確保尾礦壩安全萬無一失，對企業本身、社會、國家都有非常重要的意義。針對具體工程實例對尾礦堆積壩穩定性方面展開評價工作，對類似的尾礦壩穩定性評價提供一套完整的路線。