福建某矿山尾矿坝稳定性分析评价

■何雪锋 ■福州瀚宇岩土工程有限公司，福建 福州 350001

我国是一个矿业大国，矿产资源的大量开采，必然产生大量的废弃物，我们简称为“尾矿”，矿山大部分尾矿均堆存在尾矿库内，尾矿堆积坝是尾矿库的重要设施之一，尾矿堆积坝一旦发生事故，对下游人民的生命财产造成严重的威胁，也给企业带来重大的损失，给社会造成不良的影响。因此，应做好尾矿堆积坝坝体的安全管理工作及坝体稳定性的评估工作。现以福建某矿山尾矿堆积坝为例进行稳定性分析评价。

1 工程概况

福建某硫铁矿原属国有企业，于1982年组建，企业拥有采矿10.0×104t/a、选矿4.5×104t/a规模的采、选生产系统。该尾矿库为300t/d选矿厂的配套设施，库址区位于选矿厂西侧下方沟谷中。选矿厂排出的尾矿浆通过专用管道自流至尾矿库内堆放，采用斜管放矿法放矿，利用尾砂人工堆积后期坝，属上游式山谷型尾矿库。该尾矿库于1983年建成并投入使用，2004年选矿厂停厂，停止向尾矿库排放尾矿。

尾矿初期坝为均质亚粘土坝，坝底标高454.4m，坝顶标高471.8m，坝高17.4m，坝顶宽2.0m，坝顶轴线长约53.8m，外坡比为1∶2.26，内坡比为1∶2.50。初期坝外坡465.8m处设有宽1.5m的马道;标高458.0m以下设干砌块石排渗棱体，棱体顶宽1.5m，内、外坡比均为1∶1.50。

现有尾矿堆积坝坝顶标高494.6m，坝高22.8m，总外坡比为1∶4.60，由33级堆积子坝组成，采用编织袋装尾砂筑坝，每级子坝坝高0.40～0.80m，顶宽0.80～2.0m，标高487.6m处设西侧宽26.0m、东侧宽7.8m的平台。

该尾矿库初期坝高17.4m，堆积坝坝高22.8m，总坝高40.2m，由于尾矿库下游约1km为永兴镇龙下村，有1660多人口和2860多亩耕田，尾矿库初期坝与下游龙下村相对高差较大(高差约200m)，根据《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1－90)，属3等别尾矿库。

2 坝体工程地质条件

库址区地层结构较为简单，上部为尾粉砂、尾粉土、素填土及第四系坡残积土(Qdl+el)，基底为上元古界麻源群第三段石英云母片岩(Pt3myc)及其风化壳。坝体材料及坝基岩土的主要设计计算参数如下表。

表1 坝体及坝基岩土设计计算参数推荐

3 稳定性分析与评价

3.1 稳定性计算原理

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i，其上的作用力有土条自重Wi和作用于土条底面的抗滑力。土条自重Wi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Ms=WiRSinθi，土体抗滑力是滑弧AED上的抗滑力对圆心O取矩

图1

安全系数K

式中: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)，li=biSecθi

Wi—第i条土条自重

θi—第i条重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角

c、φ —土的抗剪强度指标

3.2 堆积坝稳定性计算

根据坝体及坝基岩土层结构，以堆积坝中心轴线为典型计算断面建立模型进行数值模拟分析，计算坝坡抗滑稳定系数以及对应的滑移面，求得最小安全系数及最危险滑移面。

计算软件采用北京理正边坡分析软件5.11版，计算方法采用瑞典圆弧法。稳定性计算取用的初期坝坝体、尾矿堆积体及坝基岩土层参数如下表。

表2 坝坡抗滑稳定性计算参数表

坝址区抗震设防烈度小于6度，可不进行特殊运行期堆积坝坝坡抗滑稳定计算。

目前尾矿堆积坝坝顶标高494.6m，总坝高40.2m，下游约1km为永兴镇龙下村，根据《选矿厂尾矿设施设计规范》(ZBJ1－90)，属3等别尾矿库。现有堆积坝在正常运行期及洪水运行期(按安全超高0.7m对应的最小滩长70m)的坝坡抗滑稳定系数计算结果见下表

表3 现有堆积坝坝坡抗滑稳定系数

根据计算结果，尾矿堆积坝在正常运行期和洪水运行期的抗滑稳定系数，均小于《尾矿库安全技术规程》(AQ2006－2005)规定的3等别尾矿库相应工况的坝坡抗滑稳定最小安全系数1.25及1.15，堆积坝坝坡抗滑稳定性不足。

3.3 尾矿堆积坝治理方案

根据堆积坝坝坡抗滑稳定性验算结果，现有堆积坝在正常运行期及洪水运行期的抗滑稳定系数，均小于《尾矿库安全技术规程》(AQ2006－2005)规定的3等别尾矿库相应工况的坝坡抗滑稳定最小安全系数1.25及1.15，尾矿堆积坝坝坡抗滑稳定性不足。

建议采取下列治理措施，对尾矿库进行整治:

(1)完善堆积坝坝肩截水沟、坝面排水沟，坝面应采用土石覆盖及植被绿化，防止地表水浸入坝体、冲刷坝面及汇入库内;

(2)初期坝外坡面采用块石贴坡，坝坡脚进行堆石反压;

(3)设置观测点，作好堆积坝的监测工作，进行浸润线、坝体沉降及位移等项目的观测，对下游灾害和环境风险作出评估;

(4)根据防洪标准复核尾矿库防洪能力和结构强度，防洪能力或结构强度不足时，应增加排洪能力或增设溢洪道;

(5)建立完善堆积坝日常维护管理制度，加强巡查，发现问题，及时处理。

通过采取初期坝坝脚(465.8m马道以下)设反压平台，平台顶宽3.0m，外坡比1∶2.50整治措施后，堆积坝坝坡抗滑稳定系数计算如下表。

表4 整治后堆积坝坝坡抗滑稳定系数

根据计算结果，采取初期坝坝脚(465.8m马道以下)设反压平台整治后，尾矿堆积坝坝坡抗滑稳定系数有较大提高，堆积坝在正常运行期和洪水运行期的抗滑稳定系数，均大于《尾矿库安全技术规程》(AQ2006－2005)规定的3等别尾矿库相应工况的坝坡抗滑稳定最小安全系数1.25及1.15，堆积坝安全稳定。

4 结束语

做好尾矿坝的安全管理工作，提高坝体稳定性做好坝体稳定性的分析工作，确保尾矿坝安全万无一失，对企业本身、社会、国家都有非常重要的意义。针对具体工程实例对尾矿堆积坝稳定性方面展开评价工作，对类似的尾矿坝稳定性评价提供一套完整的路线。