尾矿库加固对策研究

周 彪 罗昌泰 李秋香

尾矿常视作为矿物加工的最终产物，是被破碎、磨细的矿渣，它以浆状形式排出，存放在尾矿库中。矿山尾矿库是一种特殊的工业建筑物，它是矿山三大控制性工程之一，它的运营好坏，不仅影响到一个矿山企业的经济效益，而且与库区下游居民的生命财产及周边环境息息相关。我国是矿业大国，冶金、有色、化工、核工业、建材和轻工业等行业的矿山都有尾矿设施。据初步统计[1]，形成一定规模的尾矿设施约有1 500座。据有关专家估计，在这些尾矿库中，正常运行的库不足70%。有的行业大约44%的库处于险、病、超期服务状态。2008年9月8日山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库发生了特大溃坝事故，伤亡很大。所以尾矿库的安全运行非常重要，应在加强管理的同时，对有安全隐患的尾矿库采取工程措施进行必要的加固。

1 尾矿库事故发生的原因

根据尾矿库实际发生事故的统计资料分析，各种事故发生的原因及几率见表1[2]。

从表1中可以看出，引起尾矿库事故的主要原因为防洪标准不足或排洪设施损坏、坝体渗流、坝体滑坡及地震四大类。其中洪水造成的事故比例最大，其次是坝体渗流、滑坡和地震。

表1 尾矿库各类事故几率 %

尾矿库事故的发生往往是上述多种原因共同作用的结果。当暴雨来临时，尾矿库的水位会急剧上涨，这时尾矿库就会因泄洪能力不足、超标洪水、排洪设施损坏或淤堵等原因发生溃坝事故;而渗流作用对各类灾害的影响也相当严重，因此，控制尾矿库坝体的渗流条件可有效地减少尾矿库灾害发生的频率和由此造成的损失;地震的震害已经证明，在尾矿坝的堆筑方法中，上游法填筑的尾矿坝动力稳定性最差，而我国70%以上的尾矿库采用上游法筑坝，因此建议在强震区多发展下游法和中心线法筑坝工艺。

2 尾矿库加固对策

2.1 完善排洪设施

排洪设施是尾矿库必须设置的安全设施，其功能在于将汇水面积内洪水安全地排至库外，它的安全性和可靠性直接关系到尾矿库防洪安全。当暴雨来临时，尾矿库的水位会急剧上涨，这时尾矿库就会因泄洪能力不足、超标洪水、排洪设施损坏或淤堵等原因发生溃坝事故，如1985年湖南省郴州地区的牛角拢尾矿库就是因连降暴雨造成特大洪水，导致洪水漫顶冲垮坝体[3]。

对防洪、调洪能力不足的，应用当地最新版本水文手册中的小流域或特小流域参数重新进行洪水计算和调洪演算。经计算确认尾矿库防洪能力不足时，应采取增大调洪库容或扩大排洪能力的措施。对因地基问题引起排洪设施倾斜、沉陷断裂和裂缝的，应及时进行加固处理，加固处理方法主要为灌浆加固，必要时可新建排洪设施。对于堵塞的排洪设施应及时进行检查、疏通。对停用的排水井，应按设计要求进行严格封堵。

2.2 改善坝体渗流条件

考虑到尾矿堆积坝特别是细粒尾矿堆积坝的浸润线一般较高，为此应加强尾矿堆积坝的排水系统，增大坝体的干燥部分或适当增加尾矿池内的干滩面长度，以降低坝坡浸润线高度。现在一般是通过设置排渗系统达到降低浸润线的目的，从而提高尾矿坝的稳定性。目前常用方法很多，如井式排渗、管沟式排渗、褥垫排渗及墙式排渗等，井式排渗和墙式排渗需要采用水泵抽水，投入大，应用不多，适用于急需短期内降水的尾矿坝;管沟式排渗和褥垫排渗采用自流原理效果较好，施工技术难度较大;虹吸排渗采用虹吸原理施工方便、经济，运营成本最低，便于管理。另外尾矿坝体平均渗透系数均比较低，采用一种排渗降水设施，效果不一定很明显，应当根据工程具体条件，寻求两种或两种以上排渗设施同时进行设计以达到更好的排渗效果。对于渗流和侵蚀引起的灾害问题，应首先采用防渗材料充填加固渗漏区，隔断渗流;重整坡角，调整或设置排水系统，以最大幅度地降低浸润线或在渗流溢出面上加盖压重以及设置反滤层等措施，防止渗流破坏发生。对于已经发现的由于渗漏造成的尾矿库安全隐患，可以采用已经成熟的注浆技术或者是粉喷搅拌方法进行加固。

2.3 改善坝体的受力条件

从改善坝体的抗震效能角度，以往的工程措施大多建立在不改变、有时甚至减缓坝体坡角的基础上，这与坝坡加固的最终目的不符。既能保证坝体必要的抗震性能，又能增大尾矿库堆存库容的方法是:对地震稳定性较差的坝坡进行加筋补强或做成加筋土、设置废石压坡体和设置抗滑桩。这种方法比放缓坝坡更经济。

我国高含泥极细颗粒尾矿堆积坝病害率偏高，在细粒尾矿坝进行加固时除了进行设置排水设施降低浸润线高度外，还应对坝坡进行加筋补强。金马铅锌细粒尾矿库[4]在进行工程整治时采用的工程措施是往细粒尾矿土中加入土工格栅。其技术指标为纵、横向每米拉伸力不小于150 kN，屈服伸长率不大于3，2%伸长率时拉伸力不小于127 kN。随尾矿堆积坝的升高，每2 m铺设1层土工格栅(100 m×100 m)，铺设坡度控制在1.25%～1.75%。设置土工格栅加筋后对坝体进行稳定性复核，坝体稳定性符合规范要求。

2.4 提高坝体的密实度

尾矿材料的室内试验表明，提高坝体密实度对增加抗剪强度有明显的作用。而且事实表明[1]，对于烈度8度及其以下的地震，当上覆有效应力大于150 kPa时是比较安全的。在筑坝时可以通过加强碾压来提高坝体的密实度，但是在后期加固时碾压就很难实现，这时最普遍采用、最易施工的方法为贴坡反压法，但就处理效果而言，振冲法效果最好。振冲置换法[5]处理砂类土的主要目的在于提高其承载力、减少沉降、防止地震时砂土的液化等，其加固机理有挤密、置换、排水、预振和垫层等作用。它可以在已有坝坡进行，也可以随坝填筑过程进行。间距为1.5 m～4.0 m条件下，振冲加固深度可达坝面下10 m～14 m，经振冲处理后的尾矿坝，其干密度增加10%左右，抗剪强度增加近30%，坝体尾矿砂的剪切模量增加近70%。当填料为碎石时，振冲桩不仅增强了坝体的密度和抗剪强度，还有利于改善坝体的排水条件。

3 结语

尾矿库灾害的加固工作是相当复杂的。加固方案的选择必须在充分了解尾矿库工程产生隐患原因的基础上，按照“技术可行，安全可靠，经济合理，实施简便，保护环境”的原则进行，结合相应的工程特点，采取适当措施，当一种处理方法达不到理想的效果时，可以采用两种或者两种以上的处理方法，最大程度上解决尾矿库的安全隐患，同时尾矿库工程的管理也应得到相应的加强。

[1] 王凤江，王来贵.尾矿库灾害及其工程整治[J].中国地质灾害与防治学报，2003(3):76-80.

[2] 田文旗，薛剑光.尾矿库安全技术与管理[M].北京:煤炭工业出版社，2006.

[3] 陈国芳，胡 波.尾矿库溃坝危险分析及对策[J].科技情报开发与经济，2008(3):227-228.

[4] 魏发正.金马铅锌矿细粒尾矿库的加固实践[J].矿业安全与环保，2008(4):47-48.

[5] 曾芳金，蔡美峰.振冲置换法加固尾矿库坝的机理和应用[J].矿业研究与开发，2005(6):83-85.

[6] 张京彬.浅谈小型水库除险加固处理技术的应用[J].山西建筑，2009，35(3):365-367.