某尾矿库二次扩容加高稳定性研究

2022-06-28刘化江李坚第

现代矿业 2022年5期

刘化江李坚第

（山东景闰工程研究设计有限公司）

随着中国经济的高速发展，金属矿资源的需求不断扩大，同时金属矿资源经采选后产生了大量的尾矿堆放在尾矿库。目前，许多尾矿库都面临着满库，亟需妥善解决尾矿接续储存的问题［1-2］。尾矿库本身作为一种高势能危险源，对于能否扩容加高，首先应考虑安全性并对库区及坝体进行相应的稳定性评估［3-4］。为此，该研究以某铅锌矿尾矿库为例，对加高扩容后影响尾矿库稳定性的相关情况进行安全分析，并提供相应的对策措施，以达到尾矿库扩容加高后满足安全稳定运行的目的。

1 尾矿库概况

某铅锌矿尾矿库始建于1994 年，并于1995 年7月启用至今。该库由筑坝拦截谷口构成，初期坝为砌石坝，后期尾矿堆积坝采用上游法堆积尾矿。尾矿库原设计总坝高22.9 m，其中浆砌石初期坝高10 m，坝顶宽2 m，内坡比1∶0，外坡比1∶0.3；粗尾砂堆积后期坝高12.9 m，内坡比1∶3，外坡比1∶3.5，最终尾砂堆积标高+340.0 m，总几何库容约49×104m³，为五等山谷型上游式尾矿库。尾矿库经过1 次扩容加高7 m，最终尾砂堆积标高+347.0 m，坝高29.9 m，总库容84.7×104m³。尾矿库加高扩容前其堆积坝高已达首次加高设计的终期坝面标高+347.0 m，库面升至+346.5 m。坝顶面宽8.0 m，现总坝高29.9 m，总库容已达90.5×104m³，库内堆积尾砂约76.9×104m³。近期，通过监测显示，坝体变形在控制范围内，坝内浸润线符合设计要求，尾矿库近况运行良好。现欲在现状库之上利用上游法加高一层3 m 的堆积子坝，总坝高为32.9 m，其等级转变为四等，并对其进行安全稳定性分析。

2 扩容加高稳定性分析

2.1 地质条件

工程场地的岩土层在钻孔深度范围内由人工堆积层、残坡积层及泥盆系中统的泥质粉砂岩组成。根据岩土物理力学性质及工程特性划分为8层，自上而下依次为素填土、尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土、粉质黏土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩；区域地质构造较为稳定，无断层、滑坡、崩塌、泥石流等，土体属微透水性，各岩层土层分布均匀，库区稳定性较好。

2.2 计算软件

Geo-Studio 是一款专业、高效且功能强大的适用于岩土工程计算分析的仿真软件。该研究Geo-Studio软件中的2项程序：①使用SLOPE/W 模块（功能强大的土质边坡稳定性分析程序）进行尾矿坝静力稳定分析；②使用QUAKE/W 模块（分析因地震冲击波、爆炸产生的动态载荷等作用下的土工结构动力问题的岩土有限元分析程序）进行尾矿库坝体动力稳定分析。

2.3 计算模型

通过研究选取最不利的1-1′剖面（图1），将扩容加高但尚未堆排尾砂时定为工况1，将扩容加高后堆满库时定为工况2。分别在2种工况下对主坝体进行静力稳定分析和动力稳定计算，并从不同角度评定坝体的稳定性，计算坝体溃坝危险程度。尾矿库稳定计算剖面见图2。

2.4 计算参数

依据工程地质勘察报告、设计规范推荐值及经验数值对照后，岩土层物理力学性质指标见表1。

表1 各地层力学指标

2.5 静力稳定分析

极限平衡计算分析选用《尾矿库安全规程》要求的简化Bishop 法和瑞典圆弧法，运用SLOPE/W 程序中的极限平衡法对2 种工况下的稳定性进行计算分析，结果见图3、图4，静力稳定性分析结果见表2。

由表2 可知，扩容加高后的坝坡在2 种工况下最不利剖面的安全系数均满足《尾矿库安全规程》规定的四等库正常运行情况下的最小安全系数K＞1.25（简化Bishop 法）及K＞1.15（瑞典圆弧法）的要求。

表2 静力稳定性分析结果

2.6 动力稳定分析

尾矿库所在地基本地震烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度0.05g。考虑尾矿库对于地震扰动非常敏感，安全起见，对尾矿坝地震响应和稳定性进行分析［5］，力学性质指标见表1。运用QUAKE/W 程序中的动力有限单元法对尾矿坝在Ⅵ度地震烈度作用下，得到2 种工况下稳定安全系数与时间的关系（图5、图6），动力稳定性分析结果见表3。