淺談尾礦庫邊坡失穩原因及處理措施

鄒建偉

（長春黃金設計院有限公司，吉林 長春 130012）

1 尾礦庫的基本現況介紹

結合中華人民共和國應急管理部信息統計，國內尾礦庫大概包含6261個，其庫容量最大的已經超出8億立方米。因為國內尾礦庫技術研究很晚，初期建庫時無標準遵循，加之部分礦山老板追求利益，許多尾礦庫修建早期并未進行地勘工作，也存在根據水壩規范和規程設計的工程。另外，使用者對尾礦庫缺少高度重視及管理，必定會造成潛藏的安全隱患。

經調研的2233個尾礦庫內，包含正常庫599個，約為26.8%，有安全隱患的包括406個，約為18.2%，其他的1228個尚待進一步展開安全度調研驗證，處在未知安全狀態下。國內大概53%左右的尾礦庫下游存在住戶，如果產生事故，后果極其嚴重，因此尾礦庫的隱患處理十分迫切。

2 尾礦庫歷史故障種類及原因介紹

結合USCOLD（中文稱呼）與UNEP（中文稱呼）的部分調研統計信息發現,尾礦庫故障原因劃分總結是:尾礦庫失事主因中，其堆積壩下游邊坡可靠性是最重要原因，邊坡失穩將極大影響尾礦庫的安全[1]。因此，下文介紹了影響邊坡可靠性的具體因素。

3 影響邊坡穩固性的重要原因與各項因素

從大局角度來說，邊坡失穩當然包含勘察、設計與建設質量等客觀影響因素。但由內部誘因而言，重點是浸潤線過高造成的，浸潤線高低直接影響著邊坡穩固系數，具體如表1所示。

表1 浸潤線高低對邊坡穩固技術的干擾

由表1得知，不管是在水位升高或者降低時，浸潤線對邊坡穩固性的干擾均較為明顯，尤其是水位升高時，水位相差1米，針對早期邊坡壩體穩定性系數就相差0.02～0.05，浸潤線針對邊坡穩固系數相差較小一些。整體來說，飽和線越矮，邊坡越穩固，因此下降浸潤線的部位為尾礦庫順流穩固分析的重要工作。

通過常年的探究并采取有限元法展開計算，學者探究獲得對浸潤線有干擾的因素，并做出以下排序：其一，尾礦庫堆壩高度＞壩中各層滲水系數比＞堆積壩下游坡度＞堆積壩干灘長度＞早期坡高＞堆積坡上游坡比；其二，在堆坡坡高恒定時，堆積體每層滲水系數比干擾最大；其三，邊坡分層確定以后即滲透值比一定的條件下，干灘長度對浸潤線的干擾十分重要。分析幾個重要影響因素為：

（1）每層的滲透系數不同：通過實驗探究顯示，浸潤線受干擾程度和每層尾礦滲透值不均勻值呈正比，每層滲透值相差巨大，浸潤線愈高。當上下層滲透參數相差超過100倍時，底部尾礦層存在較大的阻水作用，而且浸潤線增高趨勢從下游朝上游延展，浸潤線升高顯著。

（2）尾礦壩下游邊坡平均坡比：國外尾礦邊坡下游平均坡度（含一次性筑壩）為1:1.75～1:6之內，我國很多在1:3～1：6之內[2]。相關統計信息表明，在尾礦庫初期壩高和堆積壩高相同、上游水位相同時，尾礦庫下游平均坡度越緩，具體滲徑愈長，浸潤線就越低，表示尾礦庫下游平均坡度極大影響到邊坡浸潤線。但尾礦庫下游平均坡度并非越緩越佳，有效庫容與之呈反比，平均坡度也表示經濟性不好。在具體項目使用中要綜合對比，最后選取經濟且實用效果最好的坡度。

（3）干灘長度越長，表層自由水面越低或是越平坦，水力坡度越第。干灘長度屬于等勢線的布置和自由水面線的高低的整體反應，實例顯示許多上游式尾礦庫損壞的原因就是由于干灘長度太短引起的。因此，標準中詳細強調尾礦庫的最低灘長，見表2所示。

表2 上游式尾礦庫的最低安全超高和最低灘長

（4）尾礦庫上游坡比：上游坡比就是沖積灘坡比，其影響是安全的安全超高，屬于尾礦在于動水下天然沉積出現的坡度，沖積坡度愈靠近水邊越小，越靠近放礦點愈大，干擾沖積坡的原因包括粒度、含量和放礦方式等。我國上游坡比通常為1%～3%，浸潤線遭到尾礦庫上游沖積坡坡度較大的影響，在一樣的干灘長度下，伴隨上游坡比加大，干灘坡度增大，浸潤線就伴隨上游水位的下降而下降[3]。

4 尾礦庫浸潤線探究內容

尾礦庫浸潤線探究要涉及如下內容：

（1）明確堆積邊坡的浸潤線，預估下游溢出點。

（2）壩身與壩基的滲流量計算。

（3）當出現邊坡和壩基浸潤線溢出時，要評估其溢出比降和堆積壩內各尾礦土層間的滲流比降，且明確滲流量、判定出現管涌、流土的幾率。

尾礦庫浸潤線探究能夠經過滲流計量來處理。2D或3D有限元法適合用在二級及其堆積邊坡滲流分析[3]。3D有限元法能用作山區尾礦庫滲入計算和模擬實驗明確；二期經濟滲入計算辦法用作計量上游三級和尾礦庫的滲流，上游式尾礦庫的滲流能夠采取計算簡法。經濟計量條件的灘長以換算成化引灘長，從而能夠簡化滲流測算，以獲得高出計量庫水位的化引庫水位。其根據以下公式計量：

放礦水包含絕大多數灘面時：Lh=3.3L0.48

放礦水包含一些灘面時：Lh=2.26L0.645

其中：Lh是化引灘長，m；L是計量灘長，m。

根據化引庫水位與化引灘長，以二向均質滲漏計量辦法明確浸潤線。

5 降低浸潤線的方法

降低浸潤線的方法，大體能分成如下幾種：

（1）降低庫水位，選取恰當的排水方式，調節水面高度，延伸沉積灘，把庫中水位由壩頂朝后推移。通過研究表明：①進水高度降低，庫水位降低，出水標高時一定的。②分散尾礦排出時，尾礦排出水對浸潤線干擾的修正值是0.5～0.8h/（h/為兼顧尾礦排水影響和不考量尾礦排水干擾時的浸潤性差值）。

（2）因為礦泥夾層造成的浸潤線抬升，提升放礦方法，基于礦石的物理力學性質，合理分層以形成更高的滲透系數。還能夠科學埋設水平排水管或是安裝豎直排水井穿過礦泥夾層，以不斷降低浸潤線并處理邊坡中滲透值不均勻狀態下的排水現狀。

（3）在庫水面與干灘面相接的地段增加尾礦排放量，保證庫水位由此朝后向庫尾不推移，以增加干灘長度。

（4）降低庫水位，降低死水庫容，增大調洪庫容：堆積尾礦時，尾礦通常磨得很細，目的在于充分使用資源，但是過細的礦砂極易導致灘面軟化，頂層因為下雨和方礦水等導致庫內水量增多將大幅度抬升浸潤線。建設適合的回水與洪水的排出設施是必要的。目前，下降尾礦庫灘面的浸潤線包括以下幾種排滲方式：其一，在尾礦庫堆積體中建立輻射井排滲、堆積壩水平排滲有頂管排滲和預埋管以及水平與垂直統一的排滲結構等、貼坡排滲；其二，在尾礦庫的底部敷設排滲褥墊、水平排滲管或是豎直排滲井等；其三，在和邊坡連接的尾礦堆積坡角位置建設貼坡排水體和排水管渠等。

6 結語

綜上所述，尾礦庫出現事故通常是多種因素造成的。所以，要在日常管理環節，基于尾礦庫原型檢查設施及時監控，對監控到的問題立即展開安全檢測，保證及時發現及時解決，讓故障因素扼殺在萌芽當中。由此保障尾礦庫下游用戶人身財產安全及生態系統安全。