尾礦庫邊坡失穩原因及處理措施

李曠野

（長春黃金設計院有限公司，吉林 長春 130012）

對于尾礦庫來說，是一種相對比較特殊的建筑物，其主要的用途就是用來存儲礦渣和廢水的，使用壽命從建成開始一直到堆滿為止，由于尾礦庫內存放的都是廢水以及廢渣，所以與普通的水壩相比，尾礦庫壩體的內部結構比較復雜。隨著時代的發展，人口基數也在不斷的增加，在尾礦庫的下游生活著很多普通居民，而一旦尾礦庫發生壩體失穩事故時，廢水內的重金屬物質以及放射性元素，就會進入居民的生活區，對居民的生命安全造成嚴重的影響，因為為了保護人們的健康，對尾礦庫壩體失穩控制措施進行研究，是非常有必要的[1]。

1 我國尾礦庫現狀

據國家安監局的統計數據顯示，我國目前的尾礦庫大約有1萬多座，這其中最大容量的尾礦庫大約有8億m3，但是我國在尾礦庫技術這方面的發展相對比較晚，一些早期的尾礦庫的建設質量非常低，而且還有一些礦山企業為了追求更高的經濟效益，在進行尾礦庫建設時并沒有做好地址勘查工作，工程設計也只有參照水壩工程。另外，對尾礦庫的管理力度也極為缺乏，這就造成了尾礦庫出現了很多了安全隱患問題。通過2233個尾礦庫安全問題調查結果顯示，正常的尾礦庫數量有599座，占總數的26.8%，存在安全隱患的尾礦庫數量有406座，占總數18.2%，

剩余尾礦庫的安全性還有待進一步的深入調查。另外在我國大約有53%的尾礦庫下游的常住居民是超過100人的，而一旦這些尾礦庫發生事故問題，可想而知其產生的后果會有多嚴重，所以說對尾礦庫壩體安全隱患進行治理是非常有必要的。

2 尾礦庫邊坡失穩產生機理

根據聯合國環境規劃署以及美國大壩學會等組織的調查資料，可以得知尾礦庫壩發生事故是，最主要的一個事故原因就是尾礦庫邊坡失穩問題導致的，由于尾礦庫的邊坡很容易受到外力震動或者是地下水等因素的影響，一旦壩體失穩那么將會對尾礦庫造成巨大的影響。再有就是地震因素的影響，所以很多尾礦庫在建設時都盡可能的避開地震多發帶。因此，下面就對尾礦庫邊坡失穩的原因進行研究分析，根據邊坡失穩結果的不同，可以將其壩體滑動分為：深層滑動、淺層滑動、折線滑動以及整體滑動這四種，但這四種失穩問題的物理機理是相同的，但是不同的失穩類型的產生因素還是有一定差異的。

2.1 淺層滑動產生因素

（1）外部因素。尾礦庫區內發生洪水災害，導致壩體上部呈飽和狀態，誘發壩體表面出現了縱向的裂縫；由于地震原因對尾礦庫邊坡造成反復性振動，導致尾砂液化，壩體的軟弱面開始發生松動，抗剪切能力逐漸下降，最終導致尾砂下泄；由于長期的風化作用，導致壩體強度降低，表面的尾砂開始逐漸產生裂縫或者脫落問題，局部開始失穩變形，進而造成淺層滑動。

（2）人為因素。在壩體堆高過程中，滑動能力也會上升，由于壩體自重、壩坡角度以及壩體材料等因素的影響，導致壩體加高位置處發生下滑產生局部失穩現象[2]。

2.2 深層滑動產生因素

（1）壩體自身因素。由于壩基或者壩體等部位發生滲漏，造成尾礦庫管涌問題；由于壩體發生不均勻沉降問題，導致壩體出現橫向或縱向的貫通裂縫問題；由于壩體施工材料的滲透性較差，尾砂中含有的水分不能得到及時的排放，導致壩體內部的含水量過高，而出現的壩體深層滑動問題；另外，壩體的坡角過大或者高度過高，也會導致深層滑動問題。

（2）外部因素。洪水沒有及時的排放出去，導致壩體的內部位置形成深層橫向的貫穿裂縫；在地震力的影響下，壩體出現強度下降、尾砂液化以及橫向裂縫等因素，導致發生深層滑動問題。

（3）人為因素。在進行壩體加高時，壩體的滑動力也在不斷的升高，很容易發生失穩問題；尾礦庫區內的管理力度不足，隨意在庫區進行爆破作業或濫挖尾砂，造成壩體出現貫通性裂縫，發生深層滑動問題[3]。

2.3 整體滑動產生因素

（1）壩體自身因素。由于壩基或者壩體等部位發生滲漏，造成尾礦庫管涌問題；尾砂中含有的水分不能得到及時的排放，導致壩體內部的含水量過高，而出現的壩體整體滑動問題。

（2）外部因素。尾礦庫區內的雨水沒有及時進行排放，導致庫區內的水位迅速升高，在壩體的深層形成橫向的貫穿裂縫、管涌或漫頂沖刷問題，導致壩體的穩定性下降，進而發生整體滑動；由于洪水問題，壩體的坡面下游位置被大面積散浸，導致壩體浸潤線抬高；在地震力的影響下，壩體出現強度下降、尾砂液化以及橫向裂縫等因素，導致發生整體滑動問題。

2.4 折線形滑動產生因素

壩體發生滲流管涌問題，導致壩體的頂面或灘面的高程下降，基于管涌現象的進一步發展，就會導致壩體發生坍塌；由于庫區內的洪水以及雨水的作用，靠近壩岸的一側受到嚴重侵蝕，而發生滑塌問題；庫區內的雨水或洪水沒有及時排放，導致壩體上部的尾砂形成飽和狀態，進而在水流沖刷的作用下，壩體產生縱向貫通裂縫而出現壩頂坍塌問題；由于洪水原因，導致壩體的浸潤線升高或者壩體滲流管涌等問題，同樣也會導致壩頂發生坍塌問題；在地震力的影響下，導致壩體地基出現液化現象，壩頂的高程出現了下降情況，進而導致壩體出現折線形滑動問題。

3 尾礦壩浸潤線分析

對尾礦壩的浸潤線進行分析時，可以從以下方面著手進行：確定堆積壩體的浸潤線，并對下游的滲漏點進行估測；對壩基以及壩體的滲流量進行計算，如果壩基或者壩坡的浸潤線出逸時，應對其出逸比降進行評價，并且要對土層之間的滲透流量進行確定，對管涌、流土問題的可能性進行判斷；對尾礦庫壩體浸潤線進行分析時，可以利用滲流來進行計算，對于二維或者三維的有限元法來說，其主要適用于對二級或者二級以上的堆積壩滲流進行計算。山區尾礦庫滲流計算或者模擬試驗可以利用三維有限元法；對上游三級及以下的尾礦庫的滲流進行計算時，可以采用二期均質滲流計算法。通過計算條件的灘長來換算為化引灘長，可以簡化滲流計算，來得到高于計算庫水位的化引庫水位。化引灘長可按下式計算：放礦水覆蓋絕大部分灘面時：Lh=3.3L0.48放礦水覆蓋部分灘面時：Lh=2.26L0.645式中：Lh為化引灘長;L為計算灘長。按化引庫水位和化引灘長，用二向均質滲流計算方法確定浸潤線。

4 防治浸潤線過高措施

對于防治浸潤線過高的措施來說，可以分為以下幾種：①降低尾礦庫的水位，選擇科學合理的排水方式，對溢水高度進行適當的調控，并適當的增加沉積灘的長度，進而讓尾礦庫壩體的水位逐漸后移，以減少水位因素對壩體造成的影響，維護壩體的整體穩定性。②因為礦泥夾層而要造成的浸潤線過高的問題，可以在施工過程中對各類廢渣的位置進行科學合理的規劃，全面提高放礦施工工藝，通過合理的配置分層，進而形成相對合理的滲透系數比。另外，還可以在礦泥夾層中設置豎直排滲井或水平排滲管，進而有效的解決浸潤線過高的問題，并且還可以解決因滲透系數不均勻而造成的排水問題。③尾礦庫區內的水浸入重要地段的干灘面導致尾礦的排放量增大，借此可以向后推移庫水的位置, 進而形成較寬的干灘。④降低尾礦庫區的水位，以提高調洪庫容和安全庫容，具體來說在尾礦進行堆積時，由于要充分的利用資源，所以尾礦通常都磨得比較細，但是太細的尾礦很容易導致灘面軟化，當下雨時上層的尾礦含水量就會大大增加，進而提高了浸潤線的高度。現階段，降低浸潤線排滲方式主要有以下幾種：①在尾礦壩的內部設置貼坡排滲體、豎直排滲井、水平排滲管等。②在尾礦庫的地基位置處，設置水平排滲管、排滲褥墊、豎直排水井等。③在尾礦庫堆積坡腳與山坡接觸的位置設置排滲管溝、貼坡排滲體等。

5 結語

尾礦庫發生事故的原因通常都是由很多種因素共同作用而造成的，因此在尾礦庫的日常管理過程中，可以利用觀測設備對尾礦庫的情況進行實時監控，一旦發現監測數據出現異常時，就要對尾礦庫的安全性進行檢測，爭取做到早發現早處理，進而降低尾礦庫事故的發生幾率，為下游的居民創造良好的生活條件和生態環境。