刘明，杨益强

（宝钢集团八钢公司矿山事业部）

1 前言

金属矿山选矿生产过程中尾矿库的主要用途是堆存矿石选别后产生的尾矿。尾矿库在建设时，首先要修建一定高度的初期坝，在尾矿堆积到一定高度时，再依次修建若干个子坝，直到设计库容所需达到的高度。初期坝在尾矿库运行过程中至关重要，它直接关系到尾矿库的安全运行，其稳定性状态是尾矿库管理中的重中之重。目前，国内尾矿库初期坝一般多采用透水坝的形式，这主要是为了有利于尾矿的排水、固结。

某选矿厂位于西天山伊连哈比尔尕山东段山脊南侧，巴音布鲁克山间盆地东北部，属于高山区地貌。海拔高度为2800～2900m，年平均气温仅为-4.4 C。地势略有起伏，地形为西南低北东高。与选矿厂相邻尾矿库的初期坝最大坝高22.0m，初期坝以上用尾矿加高。尾矿库最终堆积标高2852.0m，尾矿堆积坝总高度为54.0m，总库容925.3万m3，按充填系数0.85计算，总有效库容约为789.4万m3，尾矿库为四等别，尾矿库可服务年限约17.4年。该尾矿库投入运行不久，在东西坝之间山体出现较为严重的塌落现象，形成较大范围滑坡，山体表面出现裂缝，尾矿库的安全运行存在风险。为次，对该选矿厂尾矿库隐患进行治理。

2 尾矿库隐患及其分析

2.1 尾矿库工程简介

尾矿库初期坝采用库区内取土石料筑坝。根据工程地质勘察报告，该区域表层为冲填土，其下为角砾层，设计采用角砾作为筑坝材料。初期坝坝顶标高为2820.0m，坝底标高2798.0m，初期坝高22.0m，坝长452.0m。初期坝上游坡采用1:2.0，下游坡采用1:2.5，坝顶宽6.0m。在初期坝下游坡2805.0m标高处设一条宽2.0m的马道。为防止坝体漏矿，设计在初期坝上游坡铺设加筋土工布反滤层，反滤层外设砂砾石及干砌块石保护层。初期坝坐落在②层角砾上。

2.2 尾矿库隐患监测

该选厂尾矿库属山谷型，沟口设初期坝。根据地形特点，设计的初期坝坝体由东、西两部分组成，东、西坝之间利用原始山体作为一部分坝体（图1所示）。2016年5月10日该尾矿投入运行，5月13日，东西坝之间山体出现较为严重的塌落现象，形成较大范围滑坡，滑坡范围约3000m2（图2.b），山体表面出现裂缝，裂缝宽度50～300mm。2016年8月，东部初期坝坝顶表面出现部分纵向裂缝，裂缝宽度5～70mm，裂缝最大深度为1500mm（图2.a）。与此同时，坝体靠近中间山体的坝肩部分有沉降位移现象出现，从观测数据中发现，其中C3点垂直坝体方向向南位移176mm（X轴方向），标高方向沉降229mm（Z轴方向）,并伴随有较大水量溢出。隐患发生后，选厂立刻停止了向坝区内的排尾作业，并设立了观测点，由专人负责定时测量。观测数据表明，在停止向库区排放尾矿后，坝体各观测点位移在经历了一段时间的变化后逐步趋于稳定。

图1 尾矿库平面示意图

图2 尾矿库隐患照片

2.3 原因分析

针对尾矿坝出现的问题，选厂组织国内岩土、尾矿库设计及建设方面的专家进行调查和论证，对尾矿坝隐患的成因、影响程度进行分析。

根据尾矿库初期坝及中间山体出现的问题，结合地勘数据等技术资料，通过反复论证分析，确定造成坝体开裂和中间山体滑坡的主要原因分别有几个方面。

2.3.1初期坝坝顶产生裂缝的原因

（1）坝基角砾层局部含多年岛状冻土，这些冻土在遇水融化后产生融沉；或坝体直接接触水面从而使筑坝土石料遇水崩解，造成土石料抗剪强度指标降低，压缩性增大，从而产生塑性变形，由于局部的变形，造成坝体局部不均匀沉降。

（2）由于选矿试生产过程中尾矿排矿浓度较低，造成坝前形成的沉积干滩长度不够，坝内水面直接接触初期坝坝面，造成坝体内细颗粒沙土流失，这是坝体产生裂缝的原因之一。

（3）由于东西初期坝中间山体部分区域出现滑坡，滑坡体带动东西坝坝肩位移产生裂缝，C3点发生的较严重的位移就是由此原因造成。

2.3.2东西坝中间山体滑坡原因

（1）原主滑坡区域出现滑坡时已在西侧山体处出现部分张拉裂隙，虽然没有滑动，但山体结构已发生破坏，在结构面处易产生滑动。此时一旦有水进入，很容易发生滑坡。

（2）随着尾矿的排入，尾矿库库内水位抬高，渗水由山体缝隙进入滑坡区域，使结构面土体浸水饱和、强度降低、流动性增大。

（3）尾矿库东、西初期坝中间山体的原地形坡度约为1∶3～1∶4（约14°～18°）地势平缓，山体土料粉土含量较高，土质较为松散。在施工尾矿库导水管沟槽的过程中，山体的坡脚由于开挖形成临空面，致使南侧坡面出现局部塌落。尾矿库放矿时，由于初期干滩长度较短，库区内的水进入山体形成绕坝渗流，加大了山体地下水的渗流量，土体的抗剪强度指标降低。在库内蓄水、地下水汇集的持续作用下，塌落范围逐步扩大，形成较大范围滑坡。

3 治理方案

（1）为保证库区内水面不会直接接触坝面，需在东坝迎水面形成顶宽不小于15m的尾砂干滩，并且在东坝库内中间山体坡面接触处铺设长度不小于100m的土工膜防渗，以减少渗入山体的水量。

事实上,在基于迭代优化的高度特征求解过程[13]中,大多数的高度弧都不相交。本文认为高度弧的最临近位置为目标的空间位置,所以重建的过程就是求解该位置对应的高度角。

（2）在排干东坝库区水的条件下，对东坝西侧坝肩的沉降变形进行调查和临时处理，同时揭露导渗盲沟的出水点并将其引至下游坡脚外。

（3）为了提高中间山体的稳定性，对中间山体进行削坡减载及坡脚的堆载反压工作，并做好反滤保护。同时，在中间山体两侧与坝体接触处加设排水反滤体，从而保证细颗粒沙土不随渗水流失。

（4）为防止外部水量（下雨、融雪等）从裂缝处大量进入坝体，对初期坝已开裂部位采用粘性土填塞、灭尖、密实。

4 治理措施的实施

4.1 解决矿库干滩长度的措施

针对尾矿库干滩长度不足的问题，选矿厂将库区内尾砂通过汽车倒运到初期坝前，人为形成了一部分干滩，缓解了尾矿排放过程中水对初期坝坝体的冲击。同时，优化尾矿排矿操作工艺，将排矿浓度有原来的30%提高到约45%，以满足形成干滩的工艺条件。

4.2 对山坡的防渗处理

采用土工膜对山坡进行防渗处理。土工膜采用两布一膜成品，膜两侧的土工布采用耐久性强的纯涤纶材料，断裂强力≥14kN/m，土工布总单位面积质量＞800g／m2以上。中间膜材采用环保用HDPC膜，膜材厚度≥l.5mm。渗透系数≤l×l0-7cm/s。土工膜铺设过程中的搭接采用热熔焊接，焊缝搭接宽度约100±20mm，熔焊温度设定420±20℃，熔焊速度设定2m/min。土工膜使用覆盖层进行保护，防止暴露照射提前老化。本工程采用土工膜上部覆土保护，覆土厚度不小于300mm。

4.3 对坝体渗水点的处理

采用导流方式对初期坝东坝体渗水点进行处理；东坝导渗盲沟从出水点引至下游坡脚。在坝面上从出水点至坝脚开挖深度为600mm、宽度不小于2.5m的盲沟，底部满铺6m宽的土工布，盲沟内置直径200mm钢制花滤管，滤管外包土工布，盲沟内填满卵石至坝面下200mm，卵石表面再满铺土工布，土工布上再覆盖厚度不小于200mm的卵石保护层至坝面平，观测5天后如有沉降，再补铺卵石至坝面平，最后恢复坝面上的块石至原状。为防止土石进入滤管内，出水处管头用菱形钢网封头，再外包土工布。

导流盲沟施工完毕后，在坝脚处新设1.2m深、1m厚、3m宽的碎石过滤体，通过导流管将渗水导出。导流管设置如图3所示。

图3 导流施工示意图

4.4 增设反滤体

4.5 削坡压载方式的应用

对中间山体出现的滑坡采用削坡压载的方式进行处理。

（1）下部堆载反压.压坡体顶标高为2798m，顶宽15m，下游坡为1∶2。压坡体经碾压后的废石孔隙率不大于30%。

（2）上部减载削坡及换填。在初期坝顶下游排水沟外2820.0m标高处设置宽约10.0m的平台，然后在下游方向按平均坡度为1:3进行削坡，2810m标高以下已形成滑坡的滑动区域应进行挖除和换填石料，石料可取自砂石料场废料堆。

（3）治理地表水。为将渗水有序导出，在各平台内侧设置排水沟。在两侧岸坡位置修建排水沟将水导至下游（图4）。

图4 削坡压载施工示意图

5 治理效果

5.1 尾矿库隐患治理后稳定性监测

为确保尾矿库安全运行，及时发现坝体发生位移变化，对选厂尾矿库隐患治理后，进行了长期的稳定性监测。

依据《建筑变形测量规程》(JGJ/T8-97-1998），对尾矿库坝体的水平位移及垂直位移进行监测。

监测仪器设备采用莱卡全站仪，型号TS09PLUS；精度为角度1″、距离1.5mm。

变形监测点位布置：分别在初期坝坝顶2820m平台设置C1～C5五个监测点，西侧坝体2805m平台设置A1～A8八个监测点，中间山体削坡治理后的四个平台分别各设置两个监测点B1-B8，总共在坝面不同位置设置21个监测点位（图5）。

图5 监测点布置示意图

监测方法：在相对稳定区域分别设置控制点XC09-1、XC09-5，以第一次监测数据作为原始数据，后面每次检测采用同一个点XC09-1作为测站点，XC09-5为后视点。后期监测数据与上期数据、原始数据进行对比，分析各个监测点的位移变化情况。在监测过程中，每次监测采用固定的仪器设备，固定的观测路线，尽量保证观测人员、跑尺人员固定。

监测结果与分析：2017年2月至2018年11月，总共进行了55次监测，统计累计位移变化量数据、位移速率。

通过对每期监测数据与原始数据比较分析得出：（1）因部分监测点修坝前未提前预埋监测点桩位，现预埋监测点桩位较困难，埋点精度较低，造成累计监测误差较大；（2）B5、B6、A6、A7 点因新建2820m排洪沟施工，大型设备作业造成监测点位移沉降；（3）各监测点均存在不同程度位移，但其差值在可控范围之内，各监测点监测数据较稳定，变化速率均匀。

5.2 尾矿库隐患治理后运行稳定

治理措施实施后，2016年9月25日选矿厂恢复正常生产，经过持续的外表观测和位移测量，表明坝体及中间山体在尾矿库正常排矿工程中保持了良好的稳定状态。截止2018年11月30日，选矿厂已安全生产两年多，生产排放尾矿120万t。生产实践表明，治理措施实施后有效解决了选厂尾矿库初期坝及东西坝中间山体出现的一系列问题，消除了尾矿库的隐患，为选矿正常生产提供了保障。

6 结束语

尾矿库是选矿厂生产过程中的核心设施，但同时也是一个具有高势能、潜在泥石流灾害的危险源。由于同时受到自然环境和人为因素的影响，尾矿库在生产运行过程中存在不同程度的安全及环保隐患，如果对隐患不能及时处理，会引发安全和环境事故。通过对尾矿坝隐患的成功治理，积累了大量的技术经验，也可以为其他矿山企业处理类似问题提供借鉴。