云南某尾礦壩安全隱患及治理措施研究＊

眭素剛，許漢華

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南昆明 650051）

1 概述

尾礦庫為一種較為特殊的建筑物，用于儲存尾礦的廢渣、廢水等，服務壽命期從開始的勘察、設計、施工階段直到堆積尾礦完成并最終保持穩定[1]。伴隨我國經濟發展，越來越多礦產資源消耗，保障礦產資源開發利用的可持續發展的主要內容其中包含尾礦庫的安全運行[2]。尾礦一般均含重金屬[3]，且尾礦庫作為具有高勢能、潛在人工泥石流災害固體源，各自然、人為的不利因素均會使尾礦庫產生不同程度的安全隱患，若不及時采取相關措施治理發生潰壩，將會危及尾礦庫下游居民人身安全威脅和財產損失[4]，同時造成環境污染、人員傷亡等不可估量的嚴重影響。尾礦壩安全隱患嚴重威脅到人民生命財產安全，其治理措施主要有加固初期壩、排水措施、閉庫銷庫、尾礦庫綜合利用、搬遷避讓等措施，大部分時候通常是幾種治理措施的結合運用。

2 尾礦壩地形地貌

云南某尾礦庫原始地形屬于巖溶洼地、洼塘地形，初期壩于1965 年建成，建成時壩頂標高為1721.5m（青云橋系統）。經多年尾礦堆填，庫區共筑有8 座壩體，編號從東南方沿順時針方向依次為1、2、3、4、5、6、7、8 號壩，8 座壩體形成環狀連續的壩體。2017 年12 月壩頂標高已達到1744.05～1745.00m。1 號尾礦堆積堆積壩壩坡形成六個平臺7級邊坡，邊坡總高度16.1-19.5m，各級坡度坡度為19.0°～39.8°。2 號尾礦堆積壩形成8 個平臺9 級邊坡，邊坡總高度約15.7m，各級坡度坡度為24.0°～42.8°。3 號尾礦堆積壩形成6 個平臺7 級邊坡，邊坡總高度約14.8m，各級坡度坡度為11.28°～31.34°。4號壩形成一個平臺二級邊坡，邊坡總高度約8m。5號壩形成一個平臺二級邊坡，總坡高約8m，壩坡外地形標高高于壩頂標高。6 號尾礦堆積壩形成二個平臺3 級邊坡，邊坡總高度約12.7m 各級坡度坡度約為32°。7 號尾礦堆積壩形成五個平臺6 級邊坡，邊坡總高度約14.6m，各級坡度坡度為20.35°～24.5°。8 號尾礦堆積壩形成四個平臺5 級邊坡，邊坡總高度約16.9m，各級坡度坡度為20.8°～36°。該尾礦庫地形地貌如圖1 所示。

圖1 研究區尾礦庫地形地貌

3 尾礦壩現狀穩定性分析

云南某尾礦庫始建于1959 年，它由原犀牛塘尾礦庫、楊梅山腳尾礦庫和月牙塘尾礦庫三庫合并而成，該庫設計壩頂使用標高為1745m，有效庫容1853 萬m3。2014 年2 月，尾礦庫堆積壩頂標高1741.1～1743.92m，總壩高37.5m，已使用庫容1796萬m3，屬三等庫。庫區共筑有8 座壩體，編號從東南方沿順時針方向依次為1、2、3、4、5、6、7、8 號壩，8座壩體形成了環狀連續的壩體，尾礦庫為頭頂庫，存在安全隱患。

對尾礦庫各壩選擇有代表性剖面進行穩定性計算，計算方法采用圓弧滑動法(見表1)，尾礦堆積壩級別為3 級，壩坡抗滑穩定最小安全系數在正常、洪水、特殊運行條件下分別取1.20、1.10、1.05。根據相關規范要求，1、2、3、6、7、8 號壩在正常、洪水運行、特殊運行條件下的穩定性安全儲備不足，不滿足規范要求，存在安全隱患，需要對其治理。

表1 治理前尾礦堆積壩穩定性驗算結果表（總應力法）

4 治理措施建議

4.1 壩腳壓坡加固

1、2、3、6、7、8 號壩在正常運行、洪水運行、特殊運行工況下的穩定性安全儲備不足，因此，需對這幾個尾礦壩進行加固處理，根據現場及建設單位實際情況，采用采場塊石在尾礦壩壩腳壓坡加固，將壓坡段原壩體表面的耕植土、雜草、樹根等清除干凈后，鋪設一層500g/m2加筋土工布作為反濾層，土工布上用300mm 粗砂、300mm 碎石作為保護層，再用塊石壓坡，塊石臺階坡比1:2.0。

4.2 壩頂灘面碎石碾壓加固

對某尾礦庫壩頂干灘區域利用礦山剝離廢碎石碾壓，壩頂碾壓碎石成分主要為礦山剝離的灰巖、矽卡巖等，粒徑一般為2～10cm，最大約30cm。鋪碎石前，先采用挖掘機將表層尾礦往下壓實，尾礦厚度一般沉降0.10-0.5m，在碾壓壓實過程中，尾粉砂和尾粉土中的漿液冒上來，覆蓋在表層一層。在此基礎上，然后采用分層碾壓的堆積方式堆積礦山碎石，堆積碎石厚度約0.25～3.40m，一般厚1m，碎石碾壓面積為22.5m2。

4.3 尾礦庫排滲、排洪、排水

浸潤線過高是尾礦壩穩定性影響的一個重要因素，降低壩體浸潤線是提高尾礦壩穩定性的一個重要處理措施，結合某尾礦庫原有排滲設施設置情況，在堆積壩增設排滲管。在加高的堆積壩體1745.0m 標高上設置排滲管，在平行于壩軸線方向設置3 條φ100 排滲軟管，平面間距25.0m，同時在垂直壩軸線方向設置DN160PE 導水管，間距60.0m，導水管與排滲軟管相連，從庫內向庫外傾斜坡度1.0%。

灘面碎石加固過程中在庫內中央形成擋水棱體壩，擋水棱體壩長約1400m，擋水棱體最終壩筑壩規格為上底2m，下底6m，高2m，底部墊層寬度9m，深度2-3m。蓄水面積約33.5 萬m2，頂面標高1746.5m，勘察時水面標高約1743.58m，平均水深2.00m。

由于現狀庫內排洪系統為4 條DN630×24.1mmPE管排至3# 壩外，該排洪系統不具安全可靠性，因此本次設計在繼續使用原排洪系統的基礎上，新建一套排洪系統。新建尾礦庫排洪系統設置為溢水井-涵管型式，結合該尾礦庫近四周筑壩的實際情況，將排洪系統布置在4# 副壩靠近西側山坡附近，溢水井深入庫內120.0m。

在尾礦堆積壩1745.0m 馬道上設置壩面排水溝，并根據地形條件設置垂直壩體的排水溝，壩面排水溝為矩形斷面，凈寬0.4m，凈高0.4m，采用紅磚砌筑，并采用水泥砂漿抹面。

5 結論

尾礦庫作為具有高勢能、潛在人工泥石流災害固體源，各自然、人為的不利因素均會使尾礦庫產生不同程度的安全隱患?；谖驳V庫的安全運行重要性，云南某尾礦壩采用壩頂廢石渣碾壓和降低浸潤線相結合治理措施，其穩定性得到明顯提高，安全隱患得以排除，這種治理措施因地制宜，容易實施，又可以充分利用礦山廢石，社會經濟效益明顯，這為尾礦壩隱患治理提供一種新思路。