赤泥堆场塌坝的影响因素与防范措施分析

陈 磊，张可能

(1.中南大学 地球科学与信息物理学院， 湖南 长沙 410083； 2.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室， 湖南 长沙 410083； 3.湖南有色冶金劳动保护研究院， 湖南 长沙 410014)



赤泥堆场塌坝的影响因素与防范措施分析

陈 磊1，2，3，张可能1，2

(1.中南大学 地球科学与信息物理学院， 湖南 长沙 410083； 2.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室， 湖南 长沙 410083； 3.湖南有色冶金劳动保护研究院， 湖南 长沙 410014)

赤泥堆场坝体的稳定性对赤泥尾矿库的安全管理至关重要。根据赤泥堆场的自身因素、外部因素及人为因素3方面，分析了影响赤泥堆场坝体稳定性的因素，并探讨了赤泥堆场塌坝的防范措施，指出在赤泥库早期阶段，通过科学设计，可减少安全隐患；在运行过程中，要对其运行状态进行监测和管理，对发现的问题及时处理；应从事前、事中和事后3方面制定应急预案，在实施应急预案时，应及时确定赤泥坝灾害的致因环节，有效切断塌坝的灾害链。

赤泥堆场；灾害键；稳定性；防范措施

在生产氧化铝过程中，要不断排出赤泥，其是具有腐蚀性的危险废弃物。当前，我国对赤泥的消纳方式主要是赤泥堆场露天堆置[1]。由于赤泥属于特殊类土，具有含水量高、孔隙度大、强度低以及松软易变形等特点，日晒、下渗等可能会引起堆场与坝体出现干缩裂缝、横向裂缝和纵向裂缝等不同类型的裂缝，如不及时处理，可能会导致滑坡或塌坝事故发生，对赤泥堆场周边的人、基础设施以及生态环境造成严重危害[2]。本文对影响赤泥堆场稳定性的因素进行分析，并探讨有针对性的防范措施，对赤泥尾矿库的安全管理具有重要意义。

1 赤泥堆场稳定性的影响因素分析

尾矿库可能会发生溃坝、泄露及传输管线滴漏等事故，其中溃坝的后果最为严重。据统计，引起溃坝的原因如表1所示[3]，由表1可知，漫顶溃坝约占总溃坝类型的一半、渗流破坏约占3成、结构失稳约占2成、其他原因约占1成。从赤泥堆场的自身因素、外部因素及人为因素3方面，对各因素对稳定性的影响作用进行分析，对防范各类型溃坝具有指导作用。

(1) 自身因素。赤泥堆场坝型的选择与设计对其稳定性影响最大。泄洪能力，在选择时要根据矿场当地的地质条件、气候条件等因素，尽量设计较大的泄洪能力，但突发暴雨仍可能会出现洪水超设防标准现象，而引起溃坝；坝体的高度和坡度，一般情况高度越高、坡度越大，坝体的稳定性越差；赤泥的含水量高、颗粒细或者渗透性差，也会影响筑坝的稳定性。

表1 溃坝原因统计

(2) 外部因素。连续的强降雨，会使尾矿库内水位升高，从而造成作用在坝体上的静水压力升高，可能会造成漫顶或坝体损毁；当尾矿库在受到地震作用时，坝体内部会变得松动，抗剪强度降低，若坝体中颗粒孔隙受到的水压超过静水压时，尾矿泥会出现振动液化破坏，从而造成坝体出现重大地质灾害，灾害的程度主要取决于地震的大小；此外，坝体表面长期裸露在空气中，赤泥中的水分蒸发从而导致赤泥干缩，从而产生裂缝，影响坝体的稳定性。

(3) 人为因素。设计或施工不合理，在坝体设计考虑不周或施工过程未按设计方案进行，都会给坝体的安全埋下隐患；放矿不均或堆积过高，如坝前细粒多、粗粒少，堆积过高都会造成浸润线升高，长期渗流作用致使坝体失稳；管理疏忽，对坝体裂缝、排水管道堵塞等细微的问题若不能及时解决，可能引发重大事故，尤其是在汛期；此外在尾矿库附近违章施工、乱堆废弃物、滥砍滥伐等都会对赤泥堆场的稳定性造成破坏。

2 赤泥堆场塌坝的防范措施

2.1 提高坝体自身科学性

从尾矿库的选址、坝体的设计与施工等早期危险因素孕育阶段，采用合理的方法和防范措施，能起到显著的效果[4]。赤泥堆场选址时要严格按照《尾矿库安全技术规程》；设计和施工单位的资质要符合专业要求；对于多雨区和地震区，对库体要采取加筋补强措施等，将危险因素消灭在萌芽状态。

赤泥堆场坝体的渗流对其稳定性起决定作用，坝体在使用过程中，坝体堆筑高度会不断升高，坝体内浸润线也会随之升高，会危及到坝体的稳定性。为解决这一问题，在坝体设计时，可以采用“鱼刺”式排渗管网，如图1所示。该排渗管网能实现尾矿与水快速分离，解决尾矿沉降速度慢的问题，其集排渗和浸润线观测井为一体，省去再钻探下管做浸润线观测井，在节约资金的前提下，增强了坝体的排渗性能。另外，改进筑坝材料，在赤泥中添加石灰、粉煤灰、石膏等可以促进其排水固结，从而可提高坝体的稳定性。

2.2 加强对尾矿坝的监测与管理

尾矿坝监测是及时掌握尾矿库运行状态、预防灾害和确定治理方案的重要手段[5]。对赤泥堆场的监测主要包括：库水位监测、浸润线监测、干滩监测、坝体变形及位移监测等方面。相比传统的人工监测，基于计算机和信息技术的在线监测系统能够更加快速、准确的掌握尾矿库的运行状态，并可以对监测到的数据进行梳理和计算，从而实现监测的自动化与科学化，有条件的企业应逐步建立在线观测系统。

做好监测的同时，还应加强对尾矿库的安全管理。企业应制定出完善的安全管理制度，定期对赤泥坝的裂缝、渗漏、变形、位移及排水系统进行检查，并根据检查结果对其进行安全评价，对确定为危库、险库和病库的尾矿库，按照相关规定进行处理，对于发现的隆起、塌陷、流土、管涌、内部孔洞、裂缝等安全隐患，应及时向上级部门反应，并立即采取妥善的处理措施进行处理。

图1 “鱼刺”式排渗管网

2.3 做好风险管理和应急预案

对赤泥坝塌坝风险要建立相应的应急保障体系。应编制有赤泥坝应急管理预案，包括应急监测、应急协调指挥和应急处理方法等内容，并定期组织应急演练；一旦出现赤泥坝失稳或尾矿库水位超过警戒线时，企业应与当地政府部门建立联动机制，及时疏散周边群众，避免人员的伤亡；应急终止后，要对尾矿库周围环境长期进行监测和评价，防止赤泥中重金属物质富集在食物链中，威胁人体健康。尾矿库事故的发生具有连锁性，呈现链式效应[6]，图2为坝体渗流最终引起溃坝的灾害链。因此在建立赤泥坝应急保障体系时，应从整体上把握发生塌坝的机理，判断尾矿库在灾害链中所处的位置，及时有效的切断溃坝灾害链，对赤泥坝的防灾减灾具有重要意义。

图2 坝体渗流的灾害链3 总 结

赤泥堆场坝体的安全管理是一个复杂的系统，从赤泥材料的性质、赤泥坝自身因素，到外部气象和地质条件，再到人为因素，每种因素都可能引起坝体出现塌坝风险。在进行安全管理时，要从尾矿库的选址、坝体的设计与施工等早期危险因素孕育阶段开始，通过科学的设计和先进的技术，减少安全隐患；在尾矿库运行过程中，要对其运行状态进行监测，完善安全管理制度，对发现的问题及时处理；要从事前、事中和事后3方面合理制定应急预案，由于尾矿库事故具有连锁性，在实施应急预案时，应及时确定赤泥坝灾害的致因环节，有效切断塌坝灾害链。

[1]饶平平.干式赤泥堆场裂缝特征及成因探讨[J].工业建筑,2010,40(9):73-76.

[2]楚金旺.赤泥的工程特性与混堆技术探讨[J].中国矿山工程,2011,40(1):44-47.

[3]苏彩丽,余泳昌,常亚芳.尾矿库环境风险评价方法探讨[J].环境工程,2009,27(1):74-77.

[4]王 羽,肖盛燮,冯五一,等.滑坡灾害链式演化阶段及规律研究[J].四川建筑科学研究,2010,36(6): 121-124．[5]张 强.浅淡尾矿库安全在线监测系统[J].有色冶金设计与研究,2014,35(1):16-17.

[6]周科平,刘福萍,胡建华,等.尾矿库溃坝灾害链及断链减灾控制技术研究[J].灾害学,2013,28(3):24-29.