尾矿库边坡失稳原因及处理措施

2020-12-20李旷野

中国金属通报 2020年4期

李旷野

（长春黄金设计院有限公司，吉林长春 130012）

对于尾矿库来说，是一种相对比较特殊的建筑物，其主要的用途就是用来存储矿渣和废水的，使用寿命从建成开始一直到堆满为止，由于尾矿库内存放的都是废水以及废渣，所以与普通的水坝相比，尾矿库坝体的内部结构比较复杂。随着时代的发展，人口基数也在不断的增加，在尾矿库的下游生活着很多普通居民，而一旦尾矿库发生坝体失稳事故时，废水内的重金属物质以及放射性元素，就会进入居民的生活区，对居民的生命安全造成严重的影响，因为为了保护人们的健康，对尾矿库坝体失稳控制措施进行研究，是非常有必要的[1]。

1 我国尾矿库现状

据国家安监局的统计数据显示，我国目前的尾矿库大约有1万多座，这其中最大容量的尾矿库大约有8亿m3，但是我国在尾矿库技术这方面的发展相对比较晚，一些早期的尾矿库的建设质量非常低，而且还有一些矿山企业为了追求更高的经济效益，在进行尾矿库建设时并没有做好地址勘查工作，工程设计也只有参照水坝工程。另外，对尾矿库的管理力度也极为缺乏，这就造成了尾矿库出现了很多了安全隐患问题。通过2233个尾矿库安全问题调查结果显示，正常的尾矿库数量有599座，占总数的26.8%，存在安全隐患的尾矿库数量有406座，占总数18.2%，

剩余尾矿库的安全性还有待进一步的深入调查。另外在我国大约有53%的尾矿库下游的常住居民是超过100人的，而一旦这些尾矿库发生事故问题，可想而知其产生的后果会有多严重，所以说对尾矿库坝体安全隐患进行治理是非常有必要的。

2 尾矿库边坡失稳产生机理

根据联合国环境规划署以及美国大坝学会等组织的调查资料，可以得知尾矿库坝发生事故是，最主要的一个事故原因就是尾矿库边坡失稳问题导致的，由于尾矿库的边坡很容易受到外力震动或者是地下水等因素的影响，一旦坝体失稳那么将会对尾矿库造成巨大的影响。再有就是地震因素的影响，所以很多尾矿库在建设时都尽可能的避开地震多发带。因此，下面就对尾矿库边坡失稳的原因进行研究分析，根据边坡失稳结果的不同，可以将其坝体滑动分为：深层滑动、浅层滑动、折线滑动以及整体滑动这四种，但这四种失稳问题的物理机理是相同的，但是不同的失稳类型的产生因素还是有一定差异的。

2.1 浅层滑动产生因素

（1）外部因素。尾矿库区内发生洪水灾害，导致坝体上部呈饱和状态，诱发坝体表面出现了纵向的裂缝；由于地震原因对尾矿库边坡造成反复性振动，导致尾砂液化，坝体的软弱面开始发生松动，抗剪切能力逐渐下降，最终导致尾砂下泄；由于长期的风化作用，导致坝体强度降低，表面的尾砂开始逐渐产生裂缝或者脱落问题，局部开始失稳变形，进而造成浅层滑动。

（2）人为因素。在坝体堆高过程中，滑动能力也会上升，由于坝体自重、坝坡角度以及坝体材料等因素的影响，导致坝体加高位置处发生下滑产生局部失稳现象[2]。

2.2 深层滑动产生因素

（1）坝体自身因素。由于坝基或者坝体等部位发生渗漏，造成尾矿库管涌问题；由于坝体发生不均匀沉降问题，导致坝体出现横向或纵向的贯通裂缝问题；由于坝体施工材料的渗透性较差，尾砂中含有的水分不能得到及时的排放，导致坝体内部的含水量过高，而出现的坝体深层滑动问题；另外，坝体的坡角过大或者高度过高，也会导致深层滑动问题。

（2）外部因素。洪水没有及时的排放出去，导致坝体的内部位置形成深层横向的贯穿裂缝；在地震力的影响下，坝体出现强度下降、尾砂液化以及横向裂缝等因素，导致发生深层滑动问题。

（3）人为因素。在进行坝体加高时，坝体的滑动力也在不断的升高，很容易发生失稳问题；尾矿库区内的管理力度不足，随意在库区进行爆破作业或滥挖尾砂，造成坝体出现贯通性裂缝，发生深层滑动问题[3]。

2.3 整体滑动产生因素

（1）坝体自身因素。由于坝基或者坝体等部位发生渗漏，造成尾矿库管涌问题；尾砂中含有的水分不能得到及时的排放，导致坝体内部的含水量过高，而出现的坝体整体滑动问题。

（2）外部因素。尾矿库区内的雨水没有及时进行排放，导致库区内的水位迅速升高，在坝体的深层形成横向的贯穿裂缝、管涌或漫顶冲刷问题，导致坝体的稳定性下降，进而发生整体滑动；由于洪水问题，坝体的坡面下游位置被大面积散浸，导致坝体浸润线抬高；在地震力的影响下，坝体出现强度下降、尾砂液化以及横向裂缝等因素，导致发生整体滑动问题。

2.4 折线形滑动产生因素

坝体发生渗流管涌问题，导致坝体的顶面或滩面的高程下降，基于管涌现象的进一步发展，就会导致坝体发生坍塌；由于库区内的洪水以及雨水的作用，靠近坝岸的一侧受到严重侵蚀，而发生滑塌问题；库区内的雨水或洪水没有及时排放，导致坝体上部的尾砂形成饱和状态，进而在水流冲刷的作用下，坝体产生纵向贯通裂缝而出现坝顶坍塌问题；由于洪水原因，导致坝体的浸润线升高或者坝体渗流管涌等问题，同样也会导致坝顶发生坍塌问题；在地震力的影响下，导致坝体地基出现液化现象，坝顶的高程出现了下降情况，进而导致坝体出现折线形滑动问题。

3 尾矿坝浸润线分析

对尾矿坝的浸润线进行分析时，可以从以下方面着手进行：确定堆积坝体的浸润线，并对下游的渗漏点进行估测；对坝基以及坝体的渗流量进行计算，如果坝基或者坝坡的浸润线出逸时，应对其出逸比降进行评价，并且要对土层之间的渗透流量进行确定，对管涌、流土问题的可能性进行判断；对尾矿库坝体浸润线进行分析时，可以利用渗流来进行计算，对于二维或者三维的有限元法来说，其主要适用于对二级或者二级以上的堆积坝渗流进行计算。山区尾矿库渗流计算或者模拟试验可以利用三维有限元法；对上游三级及以下的尾矿库的渗流进行计算时，可以采用二期均质渗流计算法。通过计算条件的滩长来换算为化引滩长，可以简化渗流计算，来得到高于计算库水位的化引库水位。化引滩长可按下式计算：放矿水覆盖绝大部分滩面时：Lh=3.3L0.48放矿水覆盖部分滩面时：Lh=2.26L0.645式中：Lh为化引滩长;L为计算滩长。按化引库水位和化引滩长，用二向均质渗流计算方法确定浸润线。

4 防治浸润线过高措施

对于防治浸润线过高的措施来说，可以分为以下几种：①降低尾矿库的水位，选择科学合理的排水方式，对溢水高度进行适当的调控，并适当的增加沉积滩的长度，进而让尾矿库坝体的水位逐渐后移，以减少水位因素对坝体造成的影响，维护坝体的整体稳定性。②因为矿泥夹层而要造成的浸润线过高的问题，可以在施工过程中对各类废渣的位置进行科学合理的规划，全面提高放矿施工工艺，通过合理的配置分层，进而形成相对合理的渗透系数比。另外，还可以在矿泥夹层中设置竖直排渗井或水平排渗管，进而有效的解决浸润线过高的问题，并且还可以解决因渗透系数不均匀而造成的排水问题。③尾矿库区内的水浸入重要地段的干滩面导致尾矿的排放量增大，借此可以向后推移库水的位置, 进而形成较宽的干滩。④降低尾矿库区的水位，以提高调洪库容和安全库容，具体来说在尾矿进行堆积时，由于要充分的利用资源，所以尾矿通常都磨得比较细，但是太细的尾矿很容易导致滩面软化，当下雨时上层的尾矿含水量就会大大增加，进而提高了浸润线的高度。现阶段，降低浸润线排渗方式主要有以下几种：①在尾矿坝的内部设置贴坡排渗体、竖直排渗井、水平排渗管等。②在尾矿库的地基位置处，设置水平排渗管、排渗褥垫、竖直排水井等。③在尾矿库堆积坡脚与山坡接触的位置设置排渗管沟、贴坡排渗体等。