尾矿库坝体稳定性计算及评价

尾矿库坝体稳定性计算及评价尾矿库是专门用于存储尾矿的堆存系统，一般在山谷口部或洼地的周围筑坝而成，是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失稳，容易造成重特大事故。随着矿山事业的不断发展，尾矿库的数量呈上升趋势，尾矿库数量的增长和规模的扩大使得尾矿库的安全形势愈来愈严峻。准确评价尾矿坝的稳定与否是防止尾矿库失稳溃坝、威胁人民生命财产安全的前提，并为尾矿库灾害防治提供依据。下面，就结合具体实例，对尾矿库坝体稳定性进行计算，并对坝体安全性进行评价。1. 尾矿库概况该尾矿库是某矿山企业唯一堆存尾矿的场地，位于该企业选矿厂的东南方，距选矿厂约7.5km,三面靠山，一面筑坝，属山谷型尾矿库。参照尾矿库安全技术规程(AQ2006-2005)的规定，该库属二等尾矿库。1.1 地质概况该尾矿库所在地区地形北高南低，沟谷发育，山坡陡峭，坡度一般在3540。库区范围内地表水系呈网状分布，地下水受大气降水直接补给，补给区与迳流区基本一致。区内地貌条件不利于地下水的富集，主要含水层为石灰岩含水层，且岩层含水率偏低，水文地质条件简单；岩层发育有复杂构造，断层多，节理分布广，岩石十分破碎，属中等复杂类型的工程地质条件。该库区无滑坡、泥石流、管涌等不良地质现象，岸坡稳定，水土保持较好。1.2 尾矿库坝体结构1.2.1 初期坝该尾矿库初期坝建在板岩地基上，为堆石透水坝；坝高40.5m,坝顶宽4.0m,坝顶长115m坝底宽157.50m,下游坡比1 ：2.0,上游坡比1：1.7;宽2.0m的马道设在下游1156.5m标高处，上游有0.71.0m厚的砂石反滤层。1.2.2 后期堆积坝后期堆积坝是各类尾砂构成，采用上游法堆筑工艺，分期逐级堆筑子坝，并在坝顶设尾矿排放管进行分散放矿，尾矿分级沉积形成沉积滩。后期堆积坝每期高度3.0m,台阶宽度8.011.0m,顶宽3.5m,用推土机、装载机装运沉积滩的尾矿堆筑子坝。2. 堆积尾矿的工程特性由于后期尾矿堆积坝是用推土机或人工将滩面尾矿堆筑而成，因此坝前部位沉积规律性较差，但总体来看仍趋于坝前粗、库区逐渐变细规律，垂直方向上也具有上粗下细的规律。按颗粒组成，尾矿可分为尾细砂、尾粉砂、尾中砂、尾亚砂、尾轻亚黏土等。由于尾矿是以尾矿浆的形式排放到尾矿库内，因此尾矿浆有分选现象呈现在滩面，即尾矿浆从支管流出经过一个陡坡和消能坑；这一段叫作消能段。沉砂质大部分在这里沉积，属于粗化过程，然后由于排矿“漫流”现象和重力分选作用，流速各不相同，细化、粗化、挟砂等运动发生，因此呈现从放矿口至库内的尾矿粒径由大变小，且在干滩面250m内尾矿粒径较大，但以尾中砂为主，向滩内颗粒逐渐变细。另外，堆积尾矿由东向西整体上有西粗东细的特征；这是由于分段交替放矿所致。3. 稳定性计算及结果分析3.1 计算模型及参数选取3.1.1 计算模型的选取该尾矿库为山谷型，坝轴线只有150m随着尾矿库坝体的逐渐堆高，轴线也会增加，但由于山谷两边山坡坡度大，横剖面为“V字型，总体而言，坝轴线不能增加太长。计算选择的主剖面坝址处标高1135.5m，坝顶标高1300m，库内水位标高1290m，尾矿库沉积滩分别按700m和150m进行计算。计算采用STAB2005二维分析软件。3.1.2 计算参数的选取在上游式尾矿库坝体稳定计算分析时，坝体各种材料的物理力学参数是基础性数据，因此选取合理的计算参数至关重要。根据中国地震区划分，该尾矿库属于地震活动强烈的华北地震区汾渭地震带，地震基本烈度为7度。尾矿物理力学指标按照工程地质资料提供的参数进行计算。由于该尾矿库初期坝坝体是透水堆石坝，因此按照类似坝体选取参数。各物理力学指标取值：容重为21.0g/cm3，内摩擦角为38，内聚力为0。采用的计算参数见表1表1坝体稳定计算参数3.2 坝体稳定性计算1）按照库内沉积滩长度700m浸润线最高处距离坝面6ml分别进行计算无地震和地震烈度为7度影响两种情况，计算结果见表2。STAB200瞰件计算示意图见图1。3.3 安全性评价1）通过计算可得，各种方法的安全系数均大于1.25，满足尾矿库安全技术规程（AQ2006-2005）中的最小安全系数要求。计算剖面图显示最危险滑面从初期坝体坝顶穿过，主要是由于堆积尾矿形成的坝体坡度较缓，稳定性较好；当初期坝高度（hc）一定时，堆积坝高度（hd）越高，稳定性就会降低。根据上游式筑坝规律，当hd/hc在28时，坝体一般能够满足防洪及相应规范的安全要求。2）通过稳定性分析，当浸润线超过6.0m时，坝体在动力状态下不能满足规范要求，坝体稳定状态较差，因此为了增大安全储备，提高尾矿堆积坝稳定性，必须加强排渗，降低坝体浸润线高度（应将坝体浸润线控制在6.0m以下）。3）在最危险圆弧面搜索时发现，在同样条件下，滑弧深度增加，其安全系数减小。4）要保证坝体安全系数满足规范要求，必须保证坝体排渗设施安全有效运行，及时降低坝体浸润线高度。如果排水设施失效，将导致初期坝附近孔压增大，坝体安全系数降低。因此，控制坝体浸润线高度，保证排洪系统和排渗设施运行正常，对尾矿坝稳定性非常重要。5）由于尾矿具有易于液化的特性，在上游法尾矿库内沉积滩水边线附近区域最易液化，其次是在初期坝附近。干滩长度对尾矿坝地震液化稳定性有很大影响，干滩长度越长，液化区越小，稳定性越高。因此，上游法尾矿库必须保证足够的干滩长度以及排渗设施的有效运行。4. 结论该尾矿坝在正常工况下运行时基本能满足规范规定的要求。各方法计算得到的安全系数均大于1.25。但是，当浸润线超过6.0m时，坝体在动力状态下不能满足规范要求，因此为了增大安全储备，提高坝体稳定性，必须加强排渗，降低坝体浸润线高度。