刘加冬 邱 宇 路洪斌

某矿山尾矿库坝体隐患分析及治理研究

刘加冬1邱 宇2路洪斌2

(1.河海大学文天学院 安徽马鞍山 243031;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 安徽马鞍山 243000)

对某矿山尾矿库坝体存在的隐患进行了调查和分析，采用理正软件对坝体边坡稳定性进行了校核，并针对当前隐患进行了防治研究。结果表明，在采取防治措施后该尾矿库安全状况得以改善。建议在尾矿库管理过程中加强对坝体的监测与维护，确保坝体稳定。

尾矿库 隐患 稳性性分析 治理措施

尾矿是矿物加工工业生产中的一种废料［1］，在生产过程中不断地积累，在自身重力及外界环境作用下，极易诱发次生地质灾害，诸如滑坡、泥石流和尾矿库溃坝等［2－3］，给社会带来极大损失。如2011年9月21日银岩锡矿高旗岭尾矿库发生溃坝事件，共造成22人死亡，房屋全倒户523户，受损户815户，受溃坝影响下游流域范围内交通、水利等公共基础设施以及农田、农作物等严重损毁。可见，尾矿库坝体安全与人民群众的生命安全密切相关，必须加强尾矿库的管理和实时监测，发现隐患及时查明隐患存在的原因，提出合理可行的治理对策［4－5］。

1 某尾矿库现状

某矿山尾矿库地势北高南低，呈一较窄狭口，由于南面地势较缓，坝轴线相应增长。坝体为碾压式黏土斜墙堆石坝，下游设排水棱体，尾矿坝筑坝材料为当地的碎石土。尾矿坝轴线长382.91 m，最大断面处坝顶标高 +81.5 m，大坝内坡脚地面标高+60.5 m，外坡脚地面标高+57.5 m，坝高24.0 m。坝顶宽3.5 m，内坡比1:2.25，外坡比1:2.25。并于+71.5 m标高处设2.0 m宽马道，于+61.5 m标高处设2.5 m宽(排水棱体顶宽)排水棱体。坝体内底部及中部增设了水平排渗管，排渗管水平间距8 m，纵坡率2%。坝基采用3:7灰土压实。

该尾矿库2006年竣工验收后即开始蓄水、放矿。但在尾矿库运行中发现该库存在一定程度的安全问题:当尾矿库蓄水、放矿水位至+70.0 m标高左右时，在桩号1+78.57到桩号2+58.57段的下游坝坡68.0 m标高处发现渗水逸出点，浸润线逸出明显，但坝坡无集中渗透出口，+68.0 m标高以下下游坝坡土体含水量大，土体含水约呈饱和状态，坝坡表面土体成片湿润，坝坡行人有下沉感。坝脚排水棱体干燥、无排水，坝体底部+58.5 m标高和中部+71.5 m标高 SH－100 mm导渗管均无渗水排出。内坡块石的平整度明显减低，多处出现小幅鼓起和凹下的现象，内坡水泥标尺梁上见2～3道宽约3～5 mm的拉张裂缝，块石护坡向下滑移的迹象明显。

2 坝体存在隐患的原因分析

从现状来看，该尾矿库坝体渗水，坝面出现沼泽化，护坡向下滑移。坝体渗水和坝面沼泽化主要是由坝体渗漏引起的，而产生坝体渗漏主要在库内水位+65.0～70.0 m高程之间桩号1+78.57到桩号2+58.57段。库内蓄水位愈高，坝体渗漏愈加剧，库内蓄水位降低，坝体渗漏明显减弱。说明坝体在+65.0～70.0 m高程之间桩号1+78.57到桩号2+58.57段黏土斜墙、土工布等防渗措施未完全起到防渗作用，原因是此段区间黏土斜墙碾压不密实或填筑黏土斜墙材料透水性强，造成坝体渗漏。护坡向下滑移，主要原因是护坡材料和厚度不足，此外，由于库内蓄水较深，软化了其基底的摩擦力，也是产生滑移的一个原因。

3 坝体整改前的稳定性分析

由于尾矿库存在坝体渗水，坝面出现沼泽化等现象，其稳定性堪忧，为了防止坝体存在的隐患影响尾矿库的正常运行，确保尾矿库坝体的安全，需对其稳定性进行认真分析和校核，为提出合理可行的治理对策提供依据。

3.1 作用于坝体的荷载及其组合

(1)坝体自重。在计算坝体自重荷载时，在静水面以下的土体部分，要按浮容重计算;在浸润线以下，静水面以上的土体按饱和容重计算;在浸润线以上部分土体按湿容重计算。

(2)筑坝期正常高水位的渗透压力。

(3)坝体及坝基中的孔隙水压力。

(4)最高洪水位有可能形成的稳定渗透压力。

(5)地震荷载。尾矿坝所在地区，地震烈度为六度。

3.2 计算原理

尾矿坝的稳定性分析和土体边坡稳定性分析相类似［6］。坝体的失稳是部分土体沿某滑裂面滑动，根据土力学可知，滑动面的形状假定稍有出入，对安全系数影响不大［7］。因此采用瑞典圆弧法［8］对坝体稳定性校核，考虑到坝体的孔隙水压力，坝体稳定性分析采用有效应力法，采取有效强度指标。

《尾矿库安全技术规程》(AQ 2006－2005)中对坝坡抗滑稳定性最小安全系数规定见表1，该尾矿库坝坡等别为五级，按五级尾矿库规范取值为:正常运行1.15;洪水运行1.05;特殊运行1.00。

取尾矿坝最大断面进行稳定性分析，本次坝体稳定性分析，采用计算公式为:

式中:Fs——安全系数;第i土条滑面上的有效凝聚力和有效内摩擦角;Ui——作用于第i土条底面中点处的孔隙水压力，其计算可采用此条块中点到浸润线的水柱高度代替;Li——第i土条底面弧长;αi——第i土条底面中心的法线(过圆心)与过圆心的铅直线间的夹角;Wi——第i土条的重量。

表1 坝坡抗滑稳定性最小安全系数Table 1 The minimum safety factor of sliding stability of dam slope

3.3 尾矿物理力学指标

坝体稳定性计算断面按最不利的剖面计算。结合现有的尾矿资料和规范，根据工勘报告中提供的各土层物理力学指标，不利的剖面土料平均物理性质指标见表2，将该坡面按照正常、洪水和特殊运行工况分别进行稳定计算。

表2 土料平均物理性质指标Table 2 Average physical property indicators

3.4 尾矿坝稳定性计算

该尾矿坝最大断面处坝顶标高+81.5 m，大坝内坡脚地面标高+60.5 m，外坡脚地面标高+57.5 m，最大坝高24.0 m，坝顶宽3.5 m，内坡比1:2.25，外坡比1:2.25，+71.5 m标高处设2.0 m宽马道，+61.5 m标高处设2.5 m宽排水棱体。采用理正岩土软件进行计算，坝坡稳定计算示意图见图1。

通过对该尾矿坝坝体边坡的正常、洪水和特殊运行工况分别进行稳定计算，将其计算稳定性分析结果整理如下，见表3。

图1 尾矿坝加固前稳定性计算示意图Fig．1 Stability calculation results of the tailing dam before reinforcement

表3 坝体稳定性分析结果Table 3 Average physical property indicators

分析结果显示:目前该尾矿上游水位在+72.0 m时，坝体安全系数已基本处于规范临界值。随着生产需要，库内将继续蓄水，必然导致上游水位上升。当上游水位上升至+73.0 m，+75.0 m，+78.5 m，坝体安全系数经计算均不满足规范要求，表明库内水位超过+73.0 m时，尾矿坝局部将可能产生变形或破坏，其整体稳定性将受到影响。

4 坝体整改措施及稳定性分析

任何一种坝体的稳定性都与坝体的变形和渗透有关，要保证坝体安全，应从两个方面入手:(1)采取排渗、防渗措施，改善坝体的渗流情况，降低坝体的浸润线，提高坝体安全系数;(2)对坝体进行加固，使坝体满足安全稳定性要求。

4.1 坝体渗漏的治理措施

针对该尾矿已出现渗漏，应采取防渗措施，降低坝体的浸润线。首先应在坝体上游面设防渗复合体，阻止库内水向碎石土坝体渗透。防渗复合体采用C42.5矿渣水泥以一定的配合比与库内尾砂搅拌成砂浆，在内坡干砌块石护坡上直接浇筑而成，防渗复合体设计砌筑厚度为20 cm，总体强度大于C5，局部强度不低于C2.5。防渗复合体外层铺设2 mm厚HDPE防渗土工膜，增强防渗效果。此外设置排渗系统，使尾矿中的水能沿着渗流通道及时排出，可在垂直坝轴线方向下游坝面构筑大小为400 mm×400 mm排渗盲沟，排渗盲沟沿坝面每隔6 m设置一条。

4.2 坝体加固

由于坝体出现沼泽化，护坡向下滑移，坝体强度已受到影响。为了保证坝体整体稳定，应提高坝体强度。具体措施如下:在坝体下游修建碾压式块石齿槽坝，碾压式块石齿槽坝高为4 m，地面以下齿槽为2 m，坝顶宽为2.5 m，上下游坡面坡比为1:2.0，坝的上游面和底面皆用土工布和砾砂碎石组成反滤层，反滤层的设置为上下两层200 mm的砾砂层，中间为两层300 g/m2无纺土工布。堆石坝的下游建一排水沟，净断面尺寸为B×H=600 mm×800 mm，壁厚为500 mm。利用碾压碎石土加固坝坡，加固区从齿槽坝坝顶到+71.5 m马道之间区域，加固后+71.5 m马道宽度由原来的2 m变为4.0 m，+71.5 m标高以下坝坡比由原来的1:2.25变为1:3.0。

4.3 尾矿坝整改后稳定性分析

尾矿库经过整改后，坝体渗透流量明显减少，降低了坝体的水体压力，同时使得坝体强度提高。将原来的模型进行调整，在+71.5 m标高处宽马道改为4.0 m，+71.5 m标高以下坝坡比改1:3.0，其余参数均不变。考虑多种因素的影响，按不利组合进行重新计算，计算结果显示:目前上游水位为+72.0 m，在下游少量渗出的前提下，正常、洪水、特殊工况的坝坡安全系数为1.345，1.213，1.142，安全系数比整改前有明显提高，而且将上游水位提高至+80.8 m，正常、洪水、特殊工况的坝坡安全系数为1.198，1.102，1.045，均大于五级尾矿库规范取值，满足后续的生产需要。

5 结论

(1)尾矿坝坝体稳定性是影响尾矿库安全的主要因素之一，一旦坝体某一区域防渗措施起不到防渗作用，将造成坝体渗漏，导致坝体浸润线较高，坝坡的安全系数降低，可能使坝体产生变形或蠕变破坏。

(2)坝体的整改和加固应结合尾矿库的实际情况，并经计算分析，确保采取整改措施后令尾矿库的隐患情况得到妥善处理。

(3)坝体安全受各种因素的影响，时时刻刻都在发生变化。为了保证坝体安全，还应加强对坝体的安全管理，建立监测系统，可以及时了解和掌握各种条件下坝体的变化状态，提供不稳定状态的详细信息，及时发现危险征兆，及时采取措施防止事故发生，最大限度减轻灾害损失。

［1］ 吕昊子，童雄.近年来国外尾矿再选与治理的研究［J］.矿产综合利用，2014，4(2):20－23.

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Accident Potential Analysis and Management Research of Tailings Pond Dam of a Mine

LIU Jia－dong1，QIU Yu2，LU Hong－bin2

(1.College of Wentian，Hehai University，Ma－anshan 243031，Anhui，China; 2.Sinosteel Ma－anshan Institute of Mining Research Co.，Ltd，Ma－anshan 243000，Anhui，China)

Accident potential of tailings pond dam was studied and analyzed，the slope stability was checked using Lizheng software and control of the current accident potential was researched.Study results show that the security situation of tailings pond will be improved after taking measures.In the future management process of the tailings pond dam it should strengthen the monitoring and maintenance of the tailings pond dam to ensure its stability.It is certain reference significance for the improvement，stability analysis and governance of the similar tailings pond dam.

Tailings pond;Accident potential;Stability analysis;Control measures

X751

A

1671－8755(2015)03－0031－04

2015－02－04

刘加冬(1982—)，女，硕士，讲师，研究方向为岩土安全。E－mail:lid8209@163.com