福建某礦山尾礦壩穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

■何雪鋒 ■福州瀚宇巖土工程有限公司，福建 福州 350001

我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，礦產(chǎn)資源的大量開采，必然產(chǎn)生大量的廢棄物，我們簡(jiǎn)稱為“尾礦”，礦山大部分尾礦均堆存在尾礦庫(kù)內(nèi)，尾礦堆積壩是尾礦庫(kù)的重要設(shè)施之一，尾礦堆積壩一旦發(fā)生事故，對(duì)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的威脅，也給企業(yè)帶來重大的損失，給社會(huì)造成不良的影響。因此，應(yīng)做好尾礦堆積壩壩體的安全管理工作及壩體穩(wěn)定性的評(píng)估工作?，F(xiàn)以福建某礦山尾礦堆積壩為例進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)。

1 工程概況

福建某硫鐵礦原屬國(guó)有企業(yè)，于1982年組建，企業(yè)擁有采礦10.0×104t/a、選礦4.5×104t/a規(guī)模的采、選生產(chǎn)系統(tǒng)。該尾礦庫(kù)為300t/d選礦廠的配套設(shè)施，庫(kù)址區(qū)位于選礦廠西側(cè)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(kù)內(nèi)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(kù)。該尾礦庫(kù)于1983年建成并投入使用，2004年選礦廠停廠，停止向尾礦庫(kù)排放尾礦。

尾礦初期壩為均質(zhì)亞粘土壩，壩底標(biāo)高454.4m，壩頂標(biāo)高471.8m，壩高17.4m，壩頂寬2.0m，壩頂軸線長(zhǎng)約53.8m，外坡比為1∶2.26，內(nèi)坡比為1∶2.50。初期壩外坡465.8m處設(shè)有寬1.5m的馬道;標(biāo)高458.0m以下設(shè)干砌塊石排滲棱體，棱體頂寬1.5m，內(nèi)、外坡比均為1∶1.50。

現(xiàn)有尾礦堆積壩壩頂標(biāo)高494.6m，壩高22.8m，總外坡比為1∶4.60，由33級(jí)堆積子壩組成，采用編織袋裝尾砂筑壩，每級(jí)子壩壩高0.40～0.80m，頂寬0.80～2.0m，標(biāo)高487.6m處設(shè)西側(cè)寬26.0m、東側(cè)寬7.8m的平臺(tái)。

該尾礦庫(kù)初期壩高17.4m，堆積壩壩高22.8m，總壩高40.2m，由于尾礦庫(kù)下游約1km為永興鎮(zhèn)龍下村，有1660多人口和2860多畝耕田，尾礦庫(kù)初期壩與下游龍下村相對(duì)高差較大(高差約200m)，根據(jù)《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(ZBJ1－90)，屬3等別尾礦庫(kù)。

2 壩體工程地質(zhì)條件

庫(kù)址區(qū)地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)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(fēng)化殼。壩體材料及壩基巖土的主要設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如下表。

表1 壩體及壩基巖土設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)推薦

3 穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1 穩(wěn)定性計(jì)算原理

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

堆積壩穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1，將滑動(dòng)帶內(nèi)的滑體分成n個(gè)土條，從中取一個(gè)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(zhuǎn)而向下滑動(dòng)。因此，使土體繞圓心O下滑的滑動(dòng)力矩為Ms=WiRSinθi，土體抗滑力是滑弧AED上的抗滑力對(duì)圓心O取矩

圖1

安全系數(shù)K

式中:K—整個(gè)滑體剩余下滑力計(jì)算的安全系數(shù);

li—第i條土條的滑動(dòng)面長(zhǎng)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(diǎn)半徑之間的夾角

c、φ —土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

3.2 堆積壩穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)壩體及壩基巖土層結(jié)構(gòu)，以堆積壩中心軸線為典型計(jì)算斷面建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)以及對(duì)應(yīng)的滑移面，求得最小安全系數(shù)及最危險(xiǎn)滑移面。

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

表2 壩坡抗滑穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)表

壩址區(qū)抗震設(shè)防烈度小于6度，可不進(jìn)行特殊運(yùn)行期堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

目前尾礦堆積壩壩頂標(biāo)高494.6m，總壩高40.2m，下游約1km為永興鎮(zhèn)龍下村，根據(jù)《選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(ZBJ1－90)，屬3等別尾礦庫(kù)?，F(xiàn)有堆積壩在正常運(yùn)行期及洪水運(yùn)行期(按安全超高0.7m對(duì)應(yīng)的最小灘長(zhǎng)70m)的壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果見下表

表3 現(xiàn)有堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，尾礦堆積壩在正常運(yùn)行期和洪水運(yùn)行期的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，均小于《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》(AQ2006－2005)規(guī)定的3等別尾礦庫(kù)相應(yīng)工況的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.25及1.15，堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定性不足。

3.3 尾礦堆積壩治理方案

根據(jù)堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果，現(xiàn)有堆積壩在正常運(yùn)行期及洪水運(yùn)行期的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，均小于《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》(AQ2006－2005)規(guī)定的3等別尾礦庫(kù)相應(yīng)工況的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.25及1.15，尾礦堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定性不足。

建議采取下列治理措施，對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行整治:

(1)完善堆積壩壩肩截水溝、壩面排水溝，壩面應(yīng)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(kù)內(nèi);

(2)初期壩外坡面采用塊石貼坡，壩坡腳進(jìn)行堆石反壓;

(3)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，作好堆積壩的監(jiān)測(cè)工作，進(jìn)行浸潤(rùn)線、壩體沉降及位移等項(xiàng)目的觀測(cè)，對(duì)下游災(zāi)害和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)作出評(píng)估;

(4)根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核尾礦庫(kù)防洪能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防洪能力或結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足時(shí)，應(yīng)增加排洪能力或增設(shè)溢洪道;

(5)建立完善堆積壩日常維護(hù)管理制度，加強(qiáng)巡查，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。

通過采取初期壩壩腳(465.8m馬道以下)設(shè)反壓平臺(tái)，平臺(tái)頂寬3.0m，外坡比1∶2.50整治措施后，堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算如下表。

表4 整治后堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采取初期壩壩腳(465.8m馬道以下)設(shè)反壓平臺(tái)整治后，尾礦堆積壩壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)有較大提高，堆積壩在正常運(yùn)行期和洪水運(yùn)行期的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，均大于《尾礦庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》(AQ2006－2005)規(guī)定的3等別尾礦庫(kù)相應(yīng)工況的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.25及1.15，堆積壩安全穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

做好尾礦壩的安全管理工作，提高壩體穩(wěn)定性做好壩體穩(wěn)定性的分析工作，確保尾礦壩安全萬無一失，對(duì)企業(yè)本身、社會(huì)、國(guó)家都有非常重要的意義。針對(duì)具體工程實(shí)例對(duì)尾礦堆積壩穩(wěn)定性方面展開評(píng)價(jià)工作，對(duì)類似的尾礦壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供一套完整的路線。