浸润线较高对尾矿库坝体稳定性的影响及降低浸润线的措施_陶相露.pdf

8浸润线较高对尾矿库坝体稳定性的影响及 降低浸润线的措施陶相露（福建省冶金工业设计院有限公司，福建福州350001）【摘要】我国现有近万座尾矿库，环境风险相对比较高的占三分之一。很多早期建设的中小型尾矿库，由于初期坝设计、施工不规范、后期尾矿堆积坝未按设计要求堆放等原因，导致尾矿库浸润线较高，初期坝和堆积坝坝面出现沼泽化，尾矿库堆积坝抗滑稳定系数不满足规范要求，尾矿库运行存在安全隐患。本文简要分析浸润线较高对尾矿堆积坝的不利影响，并提出尾矿库整改时降低浸润线的措施。【关键词】尾矿库；浸润线埋深；措施；安全隐患Influence of High Phreatic Line on Stability of Tailings Pond and Measuresto Reduce Phreatic LineTao Xianglu（Fujian Metallurgical Industry Design Institute Co.,Ltd.,Fuzhou 350001,Fujian）【Abstract】There are nearly 10000 tailings ponds in China,and one third of them have relatively high environmental risks.Many small and medium-sized tailings ponds built in the early stage,due to the non-standard design and construction of the initial dam,and the non stacking of the tailings stacking dam in the later stage according to the design requirements,lead to the high saturation line of the tailings pond,the swamping of the initial dam and the stacking dam surface,the anti sliding stability coefficient of the tailings pond stacking dam does not meet the specification requirements,and there are potential safety hazards in the operation of the tailings pond.This paper briefly analyzes the adverse effect of high phreatic line on tailings stacking dam,and puts forward the measures to reduce the phreatic line during the rectification of tailings pond.【Key words】tailings dam;depth of phreatic line;measures;safety hazards作者简介：陶相露（1988.5 ），男，勘察技术与工程专业，本科，工程师，主要从事岩土工程勘察工作。收稿日期：2022 年 7 月前言尾矿库是矿山生产中的重要配套设施，是非煤矿山的重大危险源之一。尾矿库发生垮塌会造成重大生命财产损失，因此，生产运行期间尾矿库的稳定性研究对于矿山安全生产具有重大的现实意义。由于我国尾矿库技术发展较晚，早期建库时无规范遵从，很多尾矿库参照水坝设计，部分尾矿库初期坝透水性差，尾矿库浸润线较高。本文以某尾矿库工程为例，来分析浸润线较高对尾矿堆积坝稳定性影响及降低浸润线措施。1 某尾矿库基础资料某尾矿库位于武夷山区，为山谷型尾矿库，并利用尾砂人工填筑后期坝，属上游法尾矿堆积坝。初期坝为土坝，坝顶标高 159.3m、坝顶宽约 3.0m、坝顶轴线长约 69.0m、坝高 12.2m，目前初期坝坝顶及外坡面铺设厚约 0.8m 的碎石保护层，顶标高约 160.1m，下游坡比 1:2.6。现有堆积坝坝顶标高 183.6m，总坝高约 24.3m，堆积坝外坡比 1:3.5。该尾矿坝设计总高度36.5m(初期坝高度 11.0m，堆积坝高度 25.5m)，堆积坝达到终期标高 183.6m 时，全库容为 101福 建 冶 金 2 0 2 3 年第 3 期 DOI:10.19574/ki.issn1672-7665.2023.03.0149万立方米，属 4 等别尾矿库。该尾矿库堆积坝和初期坝浸润线较高，初期坝顶浸润线埋深仅 0.5m，尾矿堆积坝坡脚和初期坝接触部位局部有水渗出。浸润线常年出露于堆积坝的坡脚，严重影响堆积坝坡脚稳定，甚至可导致渗透破坏。该尾矿堆积坝面局部微胶结，坝面排水沟和坝肩排水沟部分破坏，堆积坝外坡覆盖厚度 30 50cm 的粘性土种植草皮，但草皮成活率较低，现坝面多为杂草，子坝局部外坡植被已按环保要求清理铺设塑料网，塑料网大部分破坏，坝面局部有小冲沟，在遇强暴雨、地震等诱因的影响下，易产生滑坡、泥石流等地质灾害。鉴于以上问题和现象，建议完善堆积坝坝面排水设施，坝面植草护坡，防止坝体冲刷破坏。为降低坝体浸润线，建议加强堆积坝下游排水措施，同时应加强坝体变形及浸润线位置、排泄水量等方面的观测工作。2 稳定性分析2.1 稳定性计算模型土坝(坡)稳定性常用的分析计算方法有瑞典法(瑞典圆弧法和瑞典条分法)、Bishop 法、Janbu 法、Morgenstem-Price 法和有限元分析方法等。本文采用北京理正岩土计算软件中的边坡计算模块，采用瑞典圆弧法计算，该方法不考虑滑动土体内部的相互作用力，假定坝坡稳定属于平面应变问题。堆积坝稳定性计算简图如图 1，将滑动带内的滑体分成 n 个土条，从中取一个土条，其上的作用力有土条自重和作用于土条底面的抗滑力。土条在自重作用下将绕圆心 O 旋转而向下滑动。因此，使土体绕圆心 O 下滑的滑动力矩为，土体抗滑力是滑弧 AED 上的抗滑力对圆心 O 取矩。整个滑体剩余下滑力计算的安全系数为 K。（1）（2）式（1）和（2）中：K整个滑体剩余下滑力计算的安全系数；li第 i 条土条的滑动面长度(m)，；Wi第 i 条土条自重；i第 i 条重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角；c、土的抗剪强度指标。2.2 堆积坝稳定性计算根据尾矿堆积坝结构及坝基岩土层分布情况，以堆积坝中心轴线为典型计算断面，建立计算模型。对典型断面进行数值模拟分析，计算堆积坝抗滑稳定系数及其对应的滑移面，给出最小安全系数及最危险滑移面。岩土层计算参数取其物理力学性质指标平均值见表 1。目前尾矿堆积坝坝顶标高 183.6m，初期坝浸润线埋深 0.5m，正常运行期堆积坝的抗滑稳定系数为 1.062，小于尾矿设施设计规范（GB50863-2013）规定的四等别尾矿库相应工况的坝坡抗滑稳定最小安全系数 1.15，不满足要求，需要对尾矿库进行治理。坝体最危险滑移面见图 2。尾矿库初期坝外坡比 1:2.6，坝堆积坝外坡比 1:3.5，外坡比满足规范要求，尾矿堆积坝抗滑稳定系数不满足要求的主要原因是浸润线过高，因此考虑采用降低浸润线的措施提高尾矿堆积坝的抗滑稳定系数。2.3 浸润线埋深对坝坡稳定性的影响分析在尾矿堆积坝坡比相同的情况下，堆积坝稳定系数随浸润线埋深增加而提高。为了反映浸润线埋深对尾矿堆积坝的影响，本文采用北京理正岩土计算软件中的边坡计算模块，采用瑞典圆弧法计算，对不同浸润线埋深情况下的坝坡进行稳定分析，计算初期坝顶浸润线埋深分别为 2.5m、4.5m、6.5m，浸润线按照尾矿设施设计规范中提到的拟合法进行确定。三种浸润线埋深情况下尾矿堆积坝稳定计算结果见表 2，坝体最危险滑移面见图 3 图 5。图 1 滑动土体的分布浸润线较高对尾矿库坝体稳定性的影响及降低浸润线的措施10从表 2 中的计算结果进行分析，尾矿堆积坝抗滑稳定系数随着浸润线埋深增加而提高，想要提高尾矿堆积坝的稳定性，则可以通过降低尾矿库的浸润线来实现。3 降低浸润线的措施通常对于初期坝为透水性差的黏土坝来说，在其中设置土工布排水褥垫和排渗管等都能较好地降低浸润线的位置；后期堆筑堆积坝时，提高放矿工艺，控制各种废渣堆放位置以组成合理的渗透系数，也能降低浸润线。本工程由于初期坝设计不规范，后期放矿不合理，导致坝体浸润线过高，无法采取以上措施。根据以往工程经验，首先，采取在初期坝以下 4.5m，高程约 179.1m 处补打一排排渗管，排渗管间距 4.0 5.0m，长约 20.0m，排渗管采用 DN88mm 焊接钢管制作，管壁厚 3.5mm，排渗管布设时向坝外坡度 2%3%，排渗管上部三分之二面积钻 4mm 孔，每 100mm 钻一排，梅花状布置，排渗管头部做成 45尖角。其次，在 DN88mm 排渗管分段打入坝体后，管内套一根 50mmPVC 钻孔排渗管，50mmPVC 管上部三分之二面积钻6mm孔，每100mm钻一排，梅花状布置，PVC 管钻孔部位包一层 300g/m2无纺土工布，用 10 号铁丝或专业绑扎带绑扎结实。最后，在排渗管出口处采用 100mmPVC管接入排水沟内，流出的水导入排水沟。施工表 1 堆积坝岩土层计算参数表计算参数重度r/（kNm-3）凝聚力 c/kPa内摩擦角/岩土名称水上水下水上水下水上水下初期坝碎石保护层22.0*22.5*0*0*36.0*34.0*素填土1919.5*25*23*15.0*13.0*尾粉砂20.320.8191730.728.7尾粉土18.819.312101816粉质黏土19.319.827251614强风化石英片岩20.0*20.5*32*30*37.0*35.0*表 2 露天与地下开采优缺点分析表坝顶标高/m183.6模拟工况初期坝顶初期坝顶初期坝顶浸润线埋深 2.5m浸润线埋深 4.5m浸润线埋深 6.5m抗滑稳定系数1.1571.211.3图 2 初期坝浸润线埋深 0.5m 滑移面图图 3 初期坝浸润线埋深 2.5m 滑移面图图 4 初期坝浸润线埋深 4.5m 滑移面图图 5 初期坝浸润线埋深 6.5m 滑移面图浸润线较高对尾矿库坝体稳定性的影响及降低浸润线的措施11完成后，各排渗管均有水流出，水量开始较大，后慢慢变小。排渗管完工后 15 天，测得初期坝顶的浸润线埋深为 2.8m，大于 2.5m，稳定系数大于 1.15.能够满足规范要求。由此可见，补打排渗管能有效降低浸润线，且较为经济。4 结论尾矿库浸润线过高，经常会导致初期坝和堆积坝坝面沼泽化，严重时会导致浸润线在堆积坝坝面出逸，降低堆积坝抗滑稳定系数。本文通过对不同浸润线埋深时尾矿坝坡的稳定性分析，得出堆积坝坝坡抗滑稳定系数随浸润线埋深增加而提高。针对因浸润线过高而导致堆积坝稳定性不满要求的尾矿库，可以优先采用降低浸润线的方法来治理，具体措施可通过在初期坝打排渗管的方法来降低初期坝和堆积坝的浸润线。参考文献：1 张 力 莲,周 国 斌,谷 芳,等.库 区 水位变化对尾矿库坝体稳定的影响 J.金属矿山,2008(8):119-122.2 胡明鉴,陈守义,郭爱国,等.某上游法尾矿坝抗滑稳定性浅析 J.岩土力学,2003(24增):254-258.3 齐清兰,张力霆,谷芳,等.影响尾矿库渗流场的因素及降低浸润线的措施 J.金属矿山,2009(12):35-37,102.4 方 国 清,郑 选 荣,卫 建 军.尾 矿库 浸 润 线 降 低 技 术 研 究 J.西 部 探 矿 工程,2009.21(10):125-126.5 中华人民共和国应急管理部.尾矿库安全规程:GB39496-2020S.北京:中国标准出版社,2020.6 马池香,秦华礼.基于渗透稳定性分析的尾矿库坝体稳定性研究 J.工业安全与环保2008(9):32-34.（