观测桩系统在尾矿库闭库后安全管理中的应用

寿震宇 刘 涛 徐嘉辰

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

观测桩系统在尾矿库闭库后安全管理中的应用

寿震宇1,2,3刘 涛1,2,3徐嘉辰1,2,3

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

尾矿库闭库复垦后由于各类因素导致原设计的坡度参数发生变更，对调洪库容及尾矿库产生了安全隐患。由于观测桩布设成本较低，且布设简单、实用，观测方便，对此，详细介绍了在闭库后滩面布设观测桩系统的详细过程，为便于对闭库后的尾矿库进行安全管理提供参考。

观测桩系统 尾矿库闭库 安全管理

尾矿库闭库后，影响其长期稳定的因素较多，其中由于库内地下水位过高引起坝体浸润线埋深过浅而导致的尾矿坝滑塌破坏最为常见。尾矿库闭库后库内一般不再进行调洪，通常按照库内滩面来水即排的原则布设库内排水系统。根据尾矿库特点，闭库设计中有必要对库内滩面进行调坡整治，确保滩面汇水可汇集到排水系统，实现库内滩面不淤积、不内涝的目标[1-2]。目前，闭库后的尾矿库滩面通常进行复垦或交予当地农民耕作，闭库后滩面坡度倾向观测工作未引起足够重视。

1 尾矿库稳定性影响因素

据统计，截至2012年底，全国共有尾矿库12 273座，数量居世界第一，其中在用库6 633座，在建库1 234座，已闭库2 193座，停用库2 213座(其中废弃库和强制取缔关闭库1 304座)。我国相关法规规定，所有尾矿库在达到使用年限或停用后必须经过闭库设计确保安全。尾矿库闭库仅仅为排放和堆积工作的结束，洪水、地震以及一些人为因素的威胁仍将长期存在。闭库后影响尾矿坝长期稳定性的因素较多，如边坡稳定性、地震稳定性、水文稳定性等，其中水文因素是破坏闭库尾矿坝不稳定的重要因素，因而有必要设置一定的滩面坡度增加调洪库容，提升防洪安全储备。

我国现有的尾矿库大部分采用上游法筑坝，在达到堆积高度进行闭库后原有排洪系统的调洪库容有限，需根据当地水文资料进行洪水计算并通过排洪能力校核设置一定的滩面坡度增加调洪库容。对于一些新建的一次性筑坝尾矿库或闭库设计中已增设排洪系统的尾矿库同样需要在滩面设置一定的坡度来达到暴雨期间“来水即排”的目的。由此可见，设置尾矿库滩面坡度很有必要。尾矿库闭库工程为一项永久性工程，沉积滩面在长期风吹雨淋之下坡度难免渐趋平缓，加之一些复垦再利用等人工活动导致坡度比原设计有所减缓甚至局部坝前高度高于库后高度，使得调洪库容随之减少，防洪能力降低，滩面积水降低了土体的物理力学参数进而影响了坝体的稳定性，若闭库后的监督管理不善或缺失，一旦失事，造成的灾难不亚于正在运行的尾矿库。

2 观测桩技术应用

2.1 观测桩设置

现行滩面在闭库设计后缺乏有效的监测措施确保复垦或长时间暴露之后的滩面坡度符合设计要求。考虑到闭库后的企业经济因素以及野外作业和尾矿库的特殊性，无法运用光学经纬仪等精密仪器进行监测。为使闭库后便于对尾矿库滩面进行有效管理，将观测桩系统应用于闭库后尾矿库滩面坡度观测，即在滩面覆土施工过程中增设简单的观测桩系统监测滩面坡度变化(图1、图2)。

2.2 观测桩系统滩面布设

根据观测桩实际功能，考虑耐久性、实用性等特点设计的观测桩型式、尺寸如图3、图4所示。尾矿库闭库后滩面通常具有坝前高、库后低、坡度小等特点。观测桩的布置应垂直于坝轴线，按照滩面坡度倾向进行布设，观测桩布设密度应以能控制库内整个滩面且尽可能少为原则。观测桩布设应在滩面整治结束后进行，观测桩布设参数：①垂直于坝轴线方向布设观测桩剖面，观测剖面至少选1个，具体视尾矿坝轴线长度或尾矿库不同方向的坡面数而定；②每个观测剖面不少于3根桩，桩间距以40～60m为宜；③观测桩成塔柱型，为现浇C25混凝土结构，下部扩大作为基础，减少桩自身沉降，总高度1.0 m，待观测桩养护完成后，在桩顶端下部0.1m处沿桩身一周用油漆制作观测标识线，标识线宽度不小于2 cm；④观测桩地面以上高0.1 m，标识线与地面齐平。

图1 尾矿库闭库滩面观测桩布置平面

图2 尾矿库闭库滩面观测桩布置剖面(单位：m)

图3 观测桩平面(单位：mm)

2.3 观测桩应用

在闭库后通过观察观测桩标识线有无被土体掩盖或标识线以下裸露观测桩的数目判断滩面坡度是否发生改变。当观测桩标识线全部位于滩面以下或桩体高出地面小于0.1 m时，可判定该观测桩范围内滩面存在坡度变缓的迹象，反之，可认为该桩范围内滩面坡度变陡。

图4 观测桩A-A断面(单位：mm)

2.4 观测桩系统保护措施

观测桩采用C25混凝土结构重量较轻，若闭库后滩面进行耕作，存在人为破坏桩体的可能。标识线采用油漆涂刷制作，人为损坏会造成标识线过早脱落、模糊不清，因此闭库后应禁止无关人员进入库区内部，并设置警示标牌和围栏。禁止耕作破坏观测桩，严禁深耕，避免改变滩面设计坡度倾向。观测桩一旦受损，应立即复位并复测。

3 结 语

为便于对闭库后的尾矿库进行安全管理，详细分析了观测桩系统在尾矿库闭库后滩面坡度观测中的应用，对于确保尾矿库闭库后的本质安全有一定的参考价值。

[1] 中华人民共和国国家技术监督局，中华人民共和国建设部.GB 5006-93 工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，1993.

[2] 中华人民共和国国家安全生产监督管理总局.AQ 2030—2010尾矿库安全监测技术规范[S].北京：煤炭工业出版社，2010.

2015-08-12)

寿震宇(1972—)，男，高级工程师，硕士，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。