某尾礦庫增容后庫底塌陷、滲漏可能性論證

宋 旭

（貴州有色地質工程勘察公司,貴州貴陽550005）

1 概述

某尾礦庫始建于20世紀70年代，由1～6號壩圍成了6個庫池，堆放物質主要是赤泥砂及其強堿性溶液，庫區大部分地段巖溶發育，尾礦庫在投入使用前未進行任何防滲治理。在使用過程中，曾多次出現庫內物質外滲，嚴重地污染了外圍環境，使用單位在設計高程范圍內，采取了相應措施進行了有效治理。現庫水位標高為1352m，設計使用高程為1355m，擬對該庫進行增容改造，使用至1370m高程，堆填高度增加15m［1］。增容后是否存在庫底塌陷、滲漏問題，是本文分析、論證的核心問題。

2 從庫區地質條件方面分析、論證

（1）地形地貌：庫區屬隆起低中山峰叢山地地貌，現地面標高在1300～1430m之間，四周低，庫區位置高，與四周鄰谷地形最大高差超過200m。未建庫之前，在現5號、6號庫的中部偏東地段為一巖溶洼地，庫底標高1300m，庫底面積較小且不平坦，大氣降水曾在庫內匯集形成集水山塘，被當地人稱之為“扎塘”［2］。可見，原始地貌上庫底滲漏小—弱，巖溶不甚發育，庫底巖體內存在大型巖溶管道的可能性小，增容后產生庫底塌陷的可能性小。地表塌陷、地下滲漏主要集中在庫岸西側和南側。20世紀90年代末曾在5號庫西側做了物探工作，工作點地面最低標高1320m左右，范圍覆蓋了庫底約1/3，經物探曲線分析，在120～150m深度內未存在大型巖溶管道和大型溶洞；1993～1998年，在庫池南側和西側分段進行了灌漿施工，施工結束后，距堆場西側約500m外的S407泉水流量由15L/s降為0.4L/s左右，pH值由11.5降為7.5，距庫南約1.5km的S639泉流量由4L/s降為1L/s左右，pH值由11降為7。

（2）水文地質條件：庫區屬小區域分水嶺地帶，地下水與地表水分水嶺基本一致，地表排水條件好。地下水補給來源主要為大氣降水，沿垂直裂隙下滲，活動一般，巖溶發育形態主要為豎直溶溝、溶槽，充填或半充填殘坡積粘土。溶溝、溶槽巖溶形態主要分布在庫岸西側和南側的1310～1355m標高之間地帶，淺表層巖溶極為發育，庫岸西側和南側產生淺表巖溶塌陷的可能性較大，庫底存在大型巖溶管及大型溶洞的可能小。因而，增容改造后巖溶塌陷、滲漏主要集中在庫岸西側和南側，并非庫底。

（3）工程地質條件：庫區范圍內地層巖性主要為棲霞、茅口灰巖，巖石較完整，基巖中無軟弱夾層存在，場地穩定性好，巖石承載力較高。據取樣測試結果，庫區巖石飽和單軸抗壓強度區間極限值為11.16～73.97MPa,平均值為37.75MPa，力學性質較好，其承載力特征值介于2000～3500kPa之間，約200～350t［3］。而庫內物質的平均密度為1.46g/cm3，增容后庫內物質厚度為70m，對庫底單位面積荷載為102.2t，遠小于巖石的允許承載力。因此，庫底在堆載荷載作用下產生塌陷的可能性小。

3 以往開展地質工作方面分析、論證

20多年以來，針對庫區巖溶滲漏問題做了大量的地質勘探工作。從20世紀90年代初開始，先后進行了庫區及外圍水文地質調查，扎塘工程物探，5號庫區水文地質調查，6號庫南側工程地質測繪，5號壩工程地質勘察，5號庫北側水文地質調查，5號、6號庫西側水文地質及工程地質調繪、電探，5號庫西側工程勘察、工程物探，6號庫西側工程物探，6號庫南側工程物探，5號庫北側工程物探，5號壩北側工程物探、工程勘察，陸家灣水文地質及工程地質測繪，6號庫南東側水文地質及工程地質測繪，6號庫南東側水文地質及工程地質調繪、工程勘察，6號庫南側工程物探，6號庫南側工程勘察，3號、4號壩穩定性評價，庫區及外圍詳勘及水文地質調查，庫區增容可行性勘察，庫增容改造3號、4號壩加高、副壩勘察、Ⅻ區巖溶滲漏勘察。

總結多年地質勘探工作成果，巖溶強發育帶標高基本均在1310m以上。庫底標高在1300m，淺部溶溝、溶槽已被庫內物質充填，現庫內物質厚度已超過50m，且中、下部已固結成巖。根據3號、4號壩近期鉆探取樣做室內測試，經統計計算承載力特征值為80～168kPa。因此，庫底產生巖溶塌陷、滲漏的可能性小。

4 從庫內物質力學性質方面分析、論證

庫內物質為陸續堆積，在堆填過程中，庫內物質（赤泥）本身會因重力作用不斷沉積固結，越深固結程度越好，部分近似泥巖性質，赤泥性質主要指標見表1。

從表1可知，赤泥在日積月累的過程中，本身具備一定的力學強度，從而加強了庫底板的堅固性。而且，在今后繼續使用過程中，赤泥的力學強度會逐漸提高。在增容過程中，庫底產生巖溶塌陷的可能小。

表1 赤泥性質主要指標一覽表

5 從庫岸防滲處理方面分析、論證

本尾礦庫的滲漏主要是通過庫岸，以脈狀、裂隙狀的巖溶管道方式向庫外滲漏。根據勘察壓水試驗資料，對5號、6號庫西側和南側分別做了防滲設計，帷幕灌漿深度均進入相對不透水層（透水率q＜3Lu）以下2個灌漿段（即大于10m）各灌漿施工段分別如下：5號庫西側防滲底標高1221.04m，5號壩西側防滲底標高1271.97m，6號庫南側防滲底標高1254.56m，6號庫南東側防滲底標高1273.75m,Ⅰ區防滲底標高1285m，Ⅲ區防滲底標高1300m，6號庫南側（后）防滲底標高1260.10m，Ⅷ防滲底標高1270m，Ⅹ區防滲底標高1260m，ⅩⅢ區防滲底標高1280m。

以上防滲體系底標高均不小于現有庫底標高，最大相差80m。防滲灌漿處理深度均已進入相對不透水層（透水率q＜3Lu）10m以下，且至地表以下40m后的灌漿壓力全部采用3.0MPa的灌漿壓力。在防滲過程中，對外圍滲漏點的觀測有比較明確的結論，如S407、S313、S639泉在防滲灌漿前pH值在10～12，灌漿后pH值恢復至7～8，防滲治理效果明顯，曾多次出現泉點堿水斷流，泉點水質恢復正常，說明堿水是沿庫岸南側和西側的巖溶通道滲漏，庫底存在大型巖溶管道的可能性小。

6 從庫體運行及長觀方面分析、論證

從20多年的長觀測資料分析，未發現庫內出現塌陷現象。發生的巖溶淺部塌陷可能性較大的地段均位于庫岸西側和南側，隨著庫內物質不斷上升，在堿水的浸泡、軟化作用，直接導致了庫岸充填于豎直裂隙中殘積土層的塌陷。因此，增容后，塌陷的區段主要集中在庫岸西側和南側。

7 從庫區副壩設計方面分析、論證

本庫在增容后，由于受地形的限制，需增設多座副壩。根據副壩的要求，其壩前的干灘長度基本要滿足100m以上。由于四周基本均設副壩，庫內積水面積將縮減至現有的一半左右。加之可能采取混和排料及干法堆放方式，庫內物質的力學強度將進一步提高，理論上大大降低了庫底塌陷的概率。

8 結語

綜上所述：庫區整體穩定，無庫底塌陷、滲漏，巖體較完整，承載力較高，庫岸防滲工作仍在不斷加強，外圍泉點無大的異常，庫內物質固結較好，近二十年長觀資料反映庫底無異常，增容后庫底塌陷、滲漏可能性小。但在尾礦庫增容改造設計中，應對庫岸加強有效的防滲措施，防止因使用標高抬升而導致的庫岸巖溶塌陷及滲漏，同時應加強長期觀測工作。