基于坝体深部双向多点位移监测的尾矿坝稳定性分析

郭利君

（中铁资源集团有限公司，北京100039）

基于坝体深部双向多点位移监测的尾矿坝稳定性分析

郭利君

（中铁资源集团有限公司，北京100039）

在尾矿堆积过程中，尾矿坝处在重力、外部荷载、水力渗流等多重复杂应力环境下，坝体稳定性受到严重影响，常规的监测手段无法适应兰亭尾矿坝监测区域广、含水量高、位移变化大的特点。基于此，研发了新型的“大量程-防冲击”坝体深部双向多点位移监测装置，对尾矿堆积过程中的尾矿坝的变形进行了实时监测，从局部和整体对坝体的稳定性进行了分析，并提出了工程建议。

尾矿坝；设备研发；位移监测；稳定性分析

0 引言

尾矿库是维持矿山进行正常生产的必要设施，同时也是矿山的重大危险源之一[1]，开展尾矿坝的安全监测工作，及时对尾矿库的稳定性进行评价与分析对降低尾矿库生产安全风险、预防事故发生具有重要意义。现阶段坝体安全监测主要采用固定式钻孔测斜仪对坝体的位移进行监测，其原理是根据铅锤在重力作用下，测斜仪测斜管轴线与铅垂线之间的夹角改变计算钻孔内各测点的水平位移。运用测斜仪对尾矿坝的稳定性进行分析，众多学者开展了大量的研究工作。陈开圣[2]等介绍了测斜仪监测的原理并对其在滑坡变形监测中的应用进行了归纳分析；康建雄[3]等介绍了尾矿库在线监测系统在栗西沟尾矿库的应用，并与人工监测的结果进行了分析；张晓朴[4]等基于固定式测斜仪在某尾矿库坝体的实时监测对坝体的稳定性作出了评价；李凯凯[5]等针对张峰水库初期蓄水大坝坝体渗流进行了监测并对其稳定性进行了分析；洪振川[6]介绍了尾矿库安全监测预警系统在南山矿尾矿库的应用，并对南山矿尾矿库的稳定性进行了预测。测斜仪监测法在坝体小变形、小范围监测中发挥了重要的作用。针对漏水量大的尾矿坝以及高陡坝体滑移面附近的大变形位移监测往往会出现因测斜管被压裂而监测失效的弊端，因此急需研发新型监测设备开展坝体深部大变形位移监测，对此类尾矿坝的稳定性作出准确的评价和分析。

1 工程背景

浙江漓铁集团为中型采选联合企业，年生产能力为110万t，年产尾矿约70万t。该矿兰亭尾矿库距阮江选厂3 km，位于绍兴市西南14 km处的狭长山谷中，尾矿堆积坝原设计最终堆积标高为150.0 m，相应总坝高129.0 m，总库容1 850万m3。目前尾矿堆积坝标高约为125.0 m，坝高约104.0 m。坝体用碎石土填筑，上游坡采用土工织物组合滤层及防渗膜进行防渗。尾矿库开始蓄水以后，尾矿坝随着水位上升漏水量越来越大，为解决尾矿库渗水问题，矿方采用“上墙下幕”相结合的综合防渗方案。长期的大容量漏水使坝体的产生的位移较大，坝体需要监测的覆盖面较广，常规的测斜仪监测法已不能适应兰亭尾矿坝监测的需要，为保障尾矿坝坝体的稳定性，研发了新型的“大量程-防冲击”坝体深部双向多点位移监测装置，对防渗处理后的尾矿坝的稳定性进行了实时监测，并从局部和整体对坝体的稳定性进行了分析。

2 仪器研发与安装

2.1 仪器研发

仪器采用柔性和双向监测的研发思路[7]，将带有保护套钢丝一端通过固定装置固定到坝体深部岩体中，另一端通过箱子外壁的导向滑轮，由轴线小孔引入箱子，通过固定卡固定到滑动传感器的保护管上，由箱子另一端的导向滑轮引出，并由重锤竖向牵引。当监测坝体深部有正向或者负向相对位移时，重锤可拉动位移传感器在自动伸缩轨道上滑动，通过边坡基座标杆的位移即可得到边坡深部岩体的绝对位移，并通过无线传输装置实现边坡深部多点位移的实时监测，本仪器采用柔性牵引的思路，将传感器布置在坝体外，因此具有大量程、防冲击、精度高、安装方便，可回收利用的特点，仪器的安装如图1所示。

图1 试验装置示意图

2.2 仪器安装

坝体深部双向多点位移计采用分布网络测量系统，能够实现自动化采集数据。通过数据采集模块，自动观测接口录入实时监测数据，并按照采集时间顺序存储在数据库中。用户可通过尾矿库在线监测系统实现监测数据的查阅、实时显示、绘制曲线等功能。根据坝体防渗工程的勘查结果，将1#测点布置在坝体渗漏较严重的右坡肩115平台处，因右侧坝体作了防渗处理所以在防渗墙顶部1#测点10 m、20 m、30 m、40 m和50 m深度分别布置5个测点，以此评估坝体防渗处理效果以及坝体稳定性；坝体左侧坡肩110、120平台分别布设2#和3#测点，每个测点布设3个监测探头，深度分别为10、20和30 m。仪器安装调试完成进行实时监测之后，根据监测需要调整实时监测频率，及时绘制坝体不同深度位移随时间变化曲线，从局部到整体，对坝体的实时稳定性作出评价和分析，仪器的安装如图2所示。

图2 仪器安装布设示意图

3 监测结果分析

根据布设的监测装置，每隔30 min对坝体各测点位移进行1次数据采集，根据采集结果绘制各测点位移随时间变化曲线，因数据众多，将一周作为时间间隔，绘制各测点不同深度坝体位移随时间变化曲线如图3—图5。

3.1 同一监测点不同坝体深度监测点分析

由图3坝体右侧1#监测点可以看出同一监测点不同深度的坝体位移呈现明显的差异性，总体上坝体深部的位移要明显小于坝体浅部位移，10 m、20 m和30 m浅部监测点中，30 m监测点的位移最大，这说明坝体滑移面的深度处在坝体30 m左右，这与防渗勘测结果基本一致。坝体浅部各测点位移变化趋势呈现出很好的一致性，这说明右侧坝体在长期的渗漏影响下滑移面已经形成，浅部位移监测点处在坝体滑移面的外侧，防渗处理后右侧坝体的位移变化趋于稳定；由图4和图5左侧坝体2#和3#监测点的位移曲线可以看出，坝体深部位移明显小于坝体浅部位移，左坝2#监测点的位移变化趋势基本相同，随着监测时间的增加位移逐渐累积增加，第八周开始后坝体防渗过程中机车和工程施工影响使坝体位移呈现增加趋势，施工结束后坝体位移趋于稳定；左坝3#监测点深部和浅部位移呈现出很大的差异性，主要原因是尾矿库也开始蓄水后，3#监测点坝体含水量要明显高于2#监测点，因此坝体不同深度位移变化较大。

图3 右坝1#测点位移曲线

图4 左坝2#测点位移曲线

图5 左坝3#测点位移曲线

3.2 不同监测点坝体位移分析

由3个监测点的位移监测趋势图可以看出，整体上右侧坝体的位移要明显大于左侧坝体，这是由于右侧坝体的含水量要明显高于左侧坝体，水力耦合作用下坝体的稳定性受到很大的影响，随着尾砂堆积不断增高，应加强坝体的防渗处理工作和防渗处理后的坝体稳定性监测；左坝2#监测点的坝体位移明显小于3#监测点，变化趋势较3#监测点也更趋于规律和稳定，这是因为3#监测点处在坝体的底端，坝体受较大的水力耦合作用，坝体的稳定性较差。尾矿库每次排尾之后坝体位移都出现明显的变化最后趋于稳定，处于稳沉阶段的坝体在重力和外部荷载的综合作用下筑坝的土体颗粒之间需要一个重新组合及蠕变的阶段，坝体位移就会呈现出缓慢增加、增加加快和趋于稳定的过程，因此应加强尾矿库大容量排尾之后的稳定性监测工作。

3.3 坝体深部双向多点位移监测装置的评价

研发的坝体深部双向多点位移监测装置，具有很好的防冲击、大量程的特点，适应于监测坝体漏水严重、坝体位移变化较大的情况。通过坝体不同深度位移监测，确定不同深度坝体的位移情况，可以较准确的确定坝体滑移面是否形成以及滑移面的具体深度，这对于提高坝体稳定性的控制效果具有很好的指导意义；坝体位移监测过程中位移在短时间的变化值在10 mm左右，并且左坝3#测点监测过程中出现了明显的正向相对位移，这些情况的出现往往会造成常规的边坡测斜仪保护管被压裂而失去监测作用，而坝体深部双向多点位移监测装置很好的适应了这种复杂监测环境，因此本文研发的坝体深部双向多点位移监测装置在复合应力、大位移、高透水的坝体监测中具有很好的应用和推广价值。

4 结论

1）研制的坝体深部双向多点位移监测装置在复合应力、高透水、大变形的坝体监测中应用效果良好，较之常规监测工具有很好的“大量程-防冲击”特性，结合数据自动采集、网络传输等技术，可以实时监测坝体稳定状态。

2）坝体稳定性受尾矿堆积、工程施工震动以及水力综合作用的影响，其中水力渗流作用对坝体稳定性的影响最为显著，应加强尾矿坝漏水量的监测，针对特殊部位采取有效的防渗措施，并结合坝体位移监测确保坝体的局部到整体的稳定性。

3）通过监测可以看出左侧坝体位移变化较平稳，坝体总体上处于稳定状态，而右侧坝体在水力渗流的作用下滑移面已经形成，滑移面处在坝体内部30～40 m，坝体堆积过程中应加强坝体防渗处理工作，对坝体稳定性进行实时监测。

［1］李全明，陈仙，王云海，等.基于模糊理论的尾矿库溃坝风险评价模型研究［J］.中国安全生产科学技术，2008，4（6）：57-61.

［2］陈开圣，彭小平．测斜仪在滑坡变形监测中的应用［J］.岩土工程技术，2006，209（1）：39-41.

［3］康建雄，胡文根，李怀智.尾矿库在线监测系统在栗西沟尾矿库的应用［J］.中国钼业，2013，37（6）：23-26.

［4］张晓朴，张达，苏军.基于固定式测斜仪的尾矿库坝体变形监测［J］.有色金属处，2012，64（5）：64-68.

［5］李凯凯.张峰水.库初期蓄水大坝坝体渗流安全监测分析［J］.山西水利科技，2014（4）：55-57.

［6］洪振川.尾矿库安全监测预警系统在南山矿尾矿库的应用［J］.现代矿业.2010（6）：154-158.

［7］北京科技大学.一种边坡深部位移测量装置：CN201320676532.8［P］.2014-04-16.

【责任编辑：陈毓】

Stability analysis of tailing dam based on displacement monitoring of bi-directional multipoints in deep dam

GUO Lijun
(China Railway Resources Group Co.,Ltd.,Beijing 100039,China)

In the process of tailings accumulation,tailing dam is under the influence of gravity,external load,water leakage complex stress environment,the stability of the dam was seriously affected.Conventional monitoring methods could not adapt to the condition of widen monitoring area,high water content and large displacement.In view of this,the mine researches"wide rangeanti shock"bi-directional multipoints displacement monitoring device,and monitors the deformation of tailing dam,analyzes the stability of dam from local and overall,and presents the project proposals.

tailing dam;equipment development;displacement monitoring;stability analysis

.TD824.7+3

B

1671－9816（2017）01－0034－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.010

郭利君.基于坝体深部双向多点位移监测的尾矿坝稳定性分析［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：34-36.

2016-07-25

郭利君（1977—），男，内蒙古呼和浩特人，工程师，毕业于北京邮电大学，现主要从事矿山工程管理、生产经营工作。