某尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性綜合判定方法

1、 某尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性綜合判定方法董賀偉1，王洋3，吳永剛2,3（1.首鋼集團(tuán)有限公司礦業(yè)公司，河北 唐山，064404；2.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 豐臺(tái)，100160；3.北京國(guó)信安科技術(shù)有限公司，北京 豐臺(tái)，100160）摘 要：壩體穩(wěn)定性是尾礦庫(kù)安全管理工作的重中之重。本文以某尾礦庫(kù)為例，采用數(shù)值模擬軟件對(duì)尾礦庫(kù)壩體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，同時(shí)綜合分析尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)尾礦庫(kù)的壩體穩(wěn)定性進(jìn)行綜合判定，找出壩體穩(wěn)定性最低的部位及造成此情況的原因，為尾礦庫(kù)壩體安全度提供一個(gè)系統(tǒng)的綜合判定方案。關(guān)鍵詞：尾礦庫(kù)；數(shù)值模擬；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；穩(wěn)定性分析Comprehensive Determinat

2、ion Method for the Stability of a Tailings Storage Facility Dam BodyDONG Hewei1，WANG Yang3，WU Yonggang2,3（1.Shougang Mining Corporation,Tangshan Hebei 064404,China;2.BGRIMM Technology Group,Fengtai Beijing 100160,China;3.Beijing GXAK Technology Co.,LTD,Fengtai Beijing 100160,China）Abstract The stabi

3、lity of dam body is the most important work in the safety management of tailings storage facility. In this paper, taking a tailings storage facility as a case, the stability of the dam body of the tailing storage facility is analyzed by using the numerical simulation software, meanwhile the on-line

4、monitoring data of the tailings storage facility is also comprehensively analyzed. The stability of the dam body of the tailings storage facility is comprehensively determined to identify the part with lowest stability in the dam body and the relevant cause of such situation, hence to provide a syst

5、ematic comprehensive determination scheme for the safety degree of the dam body of the tailings storage facility.Keywords: Tailing storage facility;Numerical simulation;On-line monitoring system;Stability analysis1前言尾礦庫(kù)是金屬與非金屬礦山安全生產(chǎn)的重要設(shè)施之一，同時(shí)也是重要的泥石流危險(xiǎn)源，一旦發(fā)生潰壩事故，不單會(huì)造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，也會(huì)給下游人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失，甚至對(duì)當(dāng)?shù)?/p>

6、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響1。尾礦庫(kù)在降雨、地震及人類活動(dòng)等因素影響下存在壩坡失穩(wěn)的危險(xiǎn)2-3。在尾礦庫(kù)事故類型中，潰壩事故的傷亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失最多，成為尾礦庫(kù)安全管理的重中之重4。在尾礦庫(kù)安全管理中，多數(shù)企業(yè)依靠安全員人工巡查以及在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)警功能來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，檢查、監(jiān)測(cè)范圍涵蓋整個(gè)庫(kù)區(qū)，沒(méi)有側(cè)重點(diǎn)，也不清楚最有可能發(fā)生潰壩事故的是哪些部位。因此經(jīng)常出現(xiàn)檢查遺漏，導(dǎo)致壩體產(chǎn)生隱患，給尾礦庫(kù)的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)很大不確定性。本文以一座壩高接近設(shè)計(jì)最終壩高，即將閉庫(kù)的尾礦庫(kù)為例，探討尾礦庫(kù)在礦山生產(chǎn)排尾過(guò)程中如何針對(duì)潰壩事故快速找出“薄弱環(huán)節(jié)”，并通過(guò)定量分析綜合判定“薄弱環(huán)節(jié)”的安全程度

7、，為尾礦庫(kù)的安全管理提供側(cè)重點(diǎn)依據(jù)，從而得出降低尾礦庫(kù)事故發(fā)生幾率的一種方法。2尾礦庫(kù)概況該尾礦庫(kù)總壩高120.8m，總庫(kù)容1.023108m3，屬于二等尾礦庫(kù)。初期壩由主壩和副壩組成，其中，主壩初期壩采用巖石風(fēng)化料和新鮮巖塊組合堆砌而成，是一座透水壩；副壩初期壩主要采用巖石風(fēng)化料堆砌，為透水壩。兩座初期壩的壩基建于碎石混粘性土（弱透水）和基巖（微透水）之上。尾礦庫(kù)堆積壩采用壩上分散沖積放礦，人工配合推土機(jī)分級(jí)推筑子壩的上游法筑壩工藝。目前尾礦庫(kù)設(shè)置了人工、在線相結(jié)合的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)壩體位移、浸潤(rùn)線埋深、降雨量、水位、壩頂標(biāo)高、干灘長(zhǎng)度以及灘面坡度等參數(shù)的日常監(jiān)測(cè)。3壩體穩(wěn)定性判定

8、3.1壩體穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析根據(jù)尾礦庫(kù)閉庫(kù)工程勘察，主壩各土層構(gòu)成如圖1所示，副壩各土層構(gòu)成如圖2所示。圖1 主壩剖面Fig.1 Main dam section圖2 副壩剖面Fig.2 Auxiliary dam section本次穩(wěn)定性分析計(jì)算采用摩爾庫(kù)倫模型，主壩與副壩的各項(xiàng)土層參數(shù)如表1所示。表1 壩體穩(wěn)定性分析計(jì)算土層參數(shù)Table 1 Soil parameters for dam stability analysis and calculation土層重度粘聚力c內(nèi)摩擦角滲透系數(shù)(cm/s)/kN.m-3/kPa/o水平向kH豎向kV尾砂層119.2127.51.510-21.0

9、10-2尾砂層2212242.510-32.010-3尾砂層3211.7296.010-35.010-3尾砂層420.84281.610-41.410-4尾砂層519.9524161.510-61.010-6碎石混粘性土2010382.010-52.010-5中風(fēng)化石英砂巖25100421.010-81.010-8風(fēng)化料20.32270.10.1堆石200360.30.3極限平衡法是尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性分析的基本手段，本次分別采用其中的瑞典條分法與簡(jiǎn)化畢肖普法，利用數(shù)值模擬軟件，計(jì)算壩體穩(wěn)定性安全系數(shù)。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，采用瑞典條分法計(jì)算的該尾礦庫(kù)主壩及副壩的安全系數(shù)如圖3所示，畢肖普法計(jì)算的

10、主壩及副壩安全系數(shù)如圖4所示。圖3 瑞典條分法計(jì)算結(jié)果Fig.3 Analysis results of Swedish slice 圖4 畢肖普法計(jì)算結(jié)果Fig.4 Analysis results of Bishop method通過(guò)以上分析可知，該尾礦庫(kù)副壩整體穩(wěn)定性均低于主壩。主壩初期壩高41.5m，副壩初期壩高18.8m，子壩高79.3m。主壩與副壩除初期壩高不同外，壩體形式、筑壩材料、坡比尺寸、施工參數(shù)及上部子壩等其它方面均基本相同。因此可得出初期壩與子壩的壩高占比關(guān)系如圖5所示。圖5 初期壩與子壩在壩體中所占比例Fig.5 Proportion of initial dam an

11、d sub dam in dam body該尾礦庫(kù)子壩采用尾砂堆筑，相較于初期壩的廢石透水壩，尾砂堆筑壩體在抗震、抗液化、抗滑動(dòng)等方面均較低，從壩體滲透破壞的可能性上看，子壩比初期壩大，且子壩的壩體穩(wěn)定性也不及初期壩。因此，通過(guò)對(duì)此尾礦庫(kù)的研究可以得出結(jié)論：在尾礦庫(kù)的壩體構(gòu)成中，如果提升了尾砂堆筑子壩的比例，在其它參數(shù)不變的情況下，壩體總體穩(wěn)定性將會(huì)降低。相反，如果降低尾砂堆筑子壩的比例，或者取消尾砂堆筑壩體，直接采用一次性筑壩，將會(huì)有效提高尾礦壩整體穩(wěn)定性5-6。3.2壩體在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析（1）壩體浸潤(rùn)線在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析通過(guò)分析該尾礦庫(kù)某月壩體浸潤(rùn)線在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該庫(kù)共計(jì)設(shè)置了3個(gè)浸潤(rùn)線

12、觀測(cè)剖面，20個(gè)在線觀測(cè)井，剖面A的浸潤(rùn)線埋深如圖6所示，剖面B的浸潤(rùn)線埋深如圖7所示，剖面C的浸潤(rùn)線埋深如圖8所示。圖6 浸潤(rùn)線觀測(cè)剖面AFig.6 Phreatic line observation section A圖7 浸潤(rùn)線觀測(cè)剖面BFig.7 Phreatic line observation section B圖8 浸潤(rùn)線觀測(cè)剖面CFig.8 Phreatic line observation section C通過(guò)圖6、圖7、圖8三個(gè)剖面的浸潤(rùn)線觀測(cè)圖可以看出，剖面A和剖面B的各井浸潤(rùn)線埋深均在35m以上，剖面C浸潤(rùn)線埋深最高處僅為13m。因此，以此三個(gè)剖面進(jìn)行比較，剖面C的浸

13、潤(rùn)線較高。（2）壩體位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析該尾礦庫(kù)同一月份14個(gè)壩體位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖9所示。圖9 壩體位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析Fig.9 Statistical analysis of on-line monitoring data of dam displacement通過(guò)圖9可以明顯看到，點(diǎn)ZW150-11的x、y、z軸偏差相比其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)位變化較大。3.3壩體穩(wěn)定性綜合判定前兩節(jié)分別進(jìn)行了壩體穩(wěn)定性數(shù)值模擬計(jì)算以及在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析，綜合整理可得出如下結(jié)論：副壩的壩體穩(wěn)定性低于主壩；浸潤(rùn)線在線觀測(cè)剖面C的浸潤(rùn)線遠(yuǎn)高于其他剖面，即剖面C的穩(wěn)定性低于其他剖面；位移在線觀測(cè)點(diǎn)Z

14、W150-11的x、y、z軸偏差相比其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)均較大，即點(diǎn)ZW150-11附近的壩體穩(wěn)定性低于其他點(diǎn)。上述壩體穩(wěn)定性較低的剖面和觀測(cè)點(diǎn)的位置如圖10所示。圖10 副壩局部平面圖Fig.10 Local plan of auxiliary dam通過(guò)上圖可知，前面得出的三個(gè)結(jié)論所揭示的壩體穩(wěn)定性的薄弱部位均位于副壩東側(cè)，且距離較近，即通過(guò)三種方法印證下的壩體穩(wěn)定性薄弱部位準(zhǔn)確程度較高。因此，綜合上述分析，可得出如下結(jié)論：該尾礦庫(kù)壩體安全薄弱環(huán)節(jié)即是副壩東側(cè)，此處發(fā)生潰壩等事故的幾率大于庫(kù)區(qū)其他部位，對(duì)此處加強(qiáng)安全管理可以較大程度的降低尾礦庫(kù)發(fā)生事故的幾率，提高尾礦庫(kù)運(yùn)行的安全程度。4結(jié)論通過(guò)對(duì)壩

15、體剖面的數(shù)值模擬，以及對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的圖表化分析，可以綜合判定尾礦壩穩(wěn)定性最低的部位。判定結(jié)果一方面可以為尾礦庫(kù)安全管理提供具有針對(duì)性的側(cè)重點(diǎn)，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的治理，在一定程度上提高尾礦庫(kù)的安全度；另一方面，可將此薄弱部位作為尾礦庫(kù)安全管理的最低標(biāo)準(zhǔn)，以此做為標(biāo)準(zhǔn)整體提高該尾礦庫(kù)安全度，可有效降低其他部位發(fā)生事故的幾率。另外，由于壩體穩(wěn)定性受多方面影響，不會(huì)一成不變，企業(yè)可根據(jù)本方法，結(jié)合自身實(shí)際情況合理設(shè)置分析頻次，從而保證尾礦庫(kù)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。參考文獻(xiàn)張達(dá),張曉樸,楊小聰.尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)及應(yīng)急指揮系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用J.礦冶,2011,(2):20-25，ZHANG Da,ZHANG

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