1、 某尾礦庫壩體穩定性綜合判定方法董賀偉1，王洋3，吳永剛2,3（1.首鋼集團有限公司礦業公司，河北 唐山，064404；2.北京礦冶科技集團有限公司，北京 豐臺，100160；3.北京國信安科技術有限公司，北京 豐臺，100160）摘 要：壩體穩定性是尾礦庫安全管理工作的重中之重。本文以某尾礦庫為例，采用數值模擬軟件對尾礦庫壩體進行穩定性分析，同時綜合分析尾礦庫在線監測數據，對尾礦庫的壩體穩定性進行綜合判定，找出壩體穩定性最低的部位及造成此情況的原因，為尾礦庫壩體安全度提供一個系統的綜合判定方案。關鍵詞：尾礦庫；數值模擬；在線監測系統；穩定性分析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前言尾礦庫是金屬與非金屬礦山安全生產的重要設施之一，同時也是重要的泥石流危險源，一旦發生潰壩事故，不單會造成環境的嚴重污染，也會給下游人民的生命財產帶來巨大損失，甚至對當地

6、經濟發展和社會穩定帶來嚴重的負面影響1。尾礦庫在降雨、地震及人類活動等因素影響下存在壩坡失穩的危險2-3。在尾礦庫事故類型中，潰壩事故的傷亡人數和經濟損失最多，成為尾礦庫安全管理的重中之重4。在尾礦庫安全管理中，多數企業依靠安全員人工巡查以及在線監測數據的預警功能來發現問題，檢查、監測范圍涵蓋整個庫區，沒有側重點，也不清楚最有可能發生潰壩事故的是哪些部位。因此經常出現檢查遺漏，導致壩體產生隱患，給尾礦庫的平穩運行帶來很大不確定性。本文以一座壩高接近設計最終壩高，即將閉庫的尾礦庫為例，探討尾礦庫在礦山生產排尾過程中如何針對潰壩事故快速找出“薄弱環節”，并通過定量分析綜合判定“薄弱環節”的安全程度

7、，為尾礦庫的安全管理提供側重點依據，從而得出降低尾礦庫事故發生幾率的一種方法。2尾礦庫概況該尾礦庫總壩高120.8m，總庫容1.023108m3，屬于二等尾礦庫。初期壩由主壩和副壩組成，其中，主壩初期壩采用巖石風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。尾礦庫堆積壩采用壩上分散沖積放礦，人工配合推土機分級推筑子壩的上游法筑壩工藝。目前尾礦庫設置了人工、在線相結合的安全監測系統，實現了尾礦庫壩體位移、浸潤線埋深、降雨量、水位、壩頂標高、干灘長度以及灘面坡度等參數的日常監測。3壩體穩定性判定

8、3.1壩體穩定性數值模擬分析根據尾礦庫閉庫工程勘察，主壩各土層構成如圖1所示，副壩各土層構成如圖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本次穩定性分析計算采用摩爾庫倫模型，主壩與副壩的各項土層參數如表1所示。表1 壩體穩定性分析計算土層參數Table 1 Soil parameters for dam stability analysis and calculation土層重度粘聚力c內摩擦角滲透系數(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中風化石英砂巖25100421.010-81.010-8風化料20.32270.10.1堆石200360.30.3極限平衡法是尾礦庫壩體穩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化畢肖普法，利用數值模擬軟件，計算壩體穩定性安全系數。根據數值模擬計算結果，采用瑞典條分法計算的該尾礦庫主壩及副壩的安全系數如圖3所示，畢肖普法計算的

10、主壩及副壩安全系數如圖4所示。圖3 瑞典條分法計算結果Fig.3 Analysis results of Swedish slice 圖4 畢肖普法計算結果Fig.4 Analysis results of Bishop method通過以上分析可知，該尾礦庫副壩整體穩定性均低于主壩。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，且子壩的壩體穩定性也不及初期壩。因此，通過對此尾礦庫的研究可以得出結論：在尾礦庫的壩體構成中，如果提升了尾砂堆筑子壩的比例，在其它參數不變的情況下，壩體總體穩定性將會降低。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，將會有效提高尾礦壩整體穩定性5-6。3.2壩體在線監測數據分析（1）壩體浸潤線在線監測數據分析通過分析該尾礦庫某月壩體浸潤線在線監測數據顯示，該庫共計設置了3個浸潤線

12、觀測剖面，20個在線觀測井，剖面A的浸潤線埋深如圖6所示，剖面B的浸潤線埋深如圖7所示，剖面C的浸潤線埋深如圖8所示。圖6 浸潤線觀測剖面AFig.6 Phreatic line observation section A圖7 浸潤線觀測剖面BFig.7 Phreatic line observation section B圖8 浸潤線觀測剖面CFig.8 Phreatic line observation section C通過圖6、圖7、圖8三個剖面的浸潤線觀測圖可以看出，剖面A和剖面B的各井浸潤線埋深均在35m以上，剖面C浸潤線埋深最高處僅為13m。因此，以此三個剖面進行比較，剖面C的浸

13、潤線較高。（2）壩體位移在線監測數據分析該尾礦庫同一月份14個壩體位移在線監測數據的統計分析結果如圖9所示。圖9 壩體位移在線監測數據統計分析Fig.9 Statistical analysis of on-line monitoring data of dam displacement通過圖9可以明顯看到，點ZW150-11的x、y、z軸偏差相比其他監測點位變化較大。3.3壩體穩定性綜合判定前兩節分別進行了壩體穩定性數值模擬計算以及在線監測數據整理分析，綜合整理可得出如下結論：副壩的壩體穩定性低于主壩；浸潤線在線觀測剖面C的浸潤線遠高于其他剖面，即剖面C的穩定性低于其他剖面；位移在線觀測點Z

14、W150-11的x、y、z軸偏差相比其他監測點均較大，即點ZW150-11附近的壩體穩定性低于其他點。上述壩體穩定性較低的剖面和觀測點的位置如圖10所示。圖10 副壩局部平面圖Fig.10 Local plan of auxiliary dam通過上圖可知，前面得出的三個結論所揭示的壩體穩定性的薄弱部位均位于副壩東側，且距離較近，即通過三種方法印證下的壩體穩定性薄弱部位準確程度較高。因此，綜合上述分析，可得出如下結論：該尾礦庫壩體安全薄弱環節即是副壩東側，此處發生潰壩等事故的幾率大于庫區其他部位，對此處加強安全管理可以較大程度的降低尾礦庫發生事故的幾率，提高尾礦庫運行的安全程度。4結論通過對壩

15、體剖面的數值模擬，以及對在線監測數據的圖表化分析，可以綜合判定尾礦壩穩定性最低的部位。判定結果一方面可以為尾礦庫安全管理提供具有針對性的側重點，加強薄弱環節的治理，在一定程度上提高尾礦庫的安全度；另一方面，可將此薄弱部位作為尾礦庫安全管理的最低標準，以此做為標準整體提高該尾礦庫安全度，可有效降低其他部位發生事故的幾率。另外，由于壩體穩定性受多方面影響，不會一成不變，企業可根據本方法，結合自身實際情況合理設置分析頻次，從而保證尾礦庫的長期安全穩定運行。參考文獻張達,張曉樸,楊小聰.尾礦庫在線監測及應急指揮系統關鍵技術及工業應用J.礦冶,2011,(2):20-25，ZHANG Da,ZHANG

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